EA040194B1 - A NEW TARGET FOR THE TREATMENT AND PREVENTION OF DIABETES - Google Patents

A NEW TARGET FOR THE TREATMENT AND PREVENTION OF DIABETES Download PDF

Info

Publication number
EA040194B1
EA040194B1 EA201691498 EA040194B1 EA 040194 B1 EA040194 B1 EA 040194B1 EA 201691498 EA201691498 EA 201691498 EA 040194 B1 EA040194 B1 EA 040194B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
alms1
molecule
binding
insulin
apkc
Prior art date
Application number
EA201691498
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Венсан Марион
Николай Петровски
Original Assignee
Юниверсите Де Стразбур
Энститю Насьональ Де Ля Сантэ Э Де Ля Решерш Медикаль
Ваксин Пти Лтд
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Юниверсите Де Стразбур, Энститю Насьональ Де Ля Сантэ Э Де Ля Решерш Медикаль, Ваксин Пти Лтд filed Critical Юниверсите Де Стразбур
Publication of EA040194B1 publication Critical patent/EA040194B1/en

Links

Description

Область техники, к которой относится изобретениеThe field of technology to which the invention belongs

Настоящее изобретение относится к области медицины. Более конкретно, оно относится к диабету.The present invention relates to the field of medicine. More specifically, it relates to diabetes.

Предшествующий уровень техникиPrior Art

Сахарный диабет или диабет представляет собой группу метаболических заболеваний, при которых человек имеет высокий уровень сахара в крови, либо потому, что поджелудочная железа не вырабатывает достаточное количество инсулина, либо потому, что клетки не реагируют на вырабатываемый инсулин.Diabetes mellitus or diabetes is a group of metabolic diseases in which a person has high blood sugar levels, either because the pancreas does not produce enough insulin or because the cells do not respond to the insulin it produces.

Существуют три основных типа диабета:There are three main types of diabetes:

тип 1 приводит к неспособности организма вырабатывать инсулин и в настоящее время требует, чтобы индивидуум вводил инсулин или носил инсулиновый насос;type 1 results in the body's inability to produce insulin and currently requires the individual to inject insulin or wear an insulin pump;

тип 2 является результатом резистентности к инсулину, состоянию, при котором клетки не используют инсулин должным образом;type 2 is the result of insulin resistance, a condition in which cells do not use insulin properly;

третий называется гестационным диабетом и случается у беременных женщин.the third is called gestational diabetes and occurs in pregnant women.

Показатели сахарного диабета 2 типа заметно выросли с 1960 г. параллельно с ростом ожирения. По состоянию на 2010 г. насчитывалось около 285 млн людей с заболеванием по сравнению с около 30 млн в 1985 г. Долгосрочные осложнения от высокого уровня сахара в крови могут включать болезни сердца, инсульт, диабетическую ретинопатию, хроническую почечную недостаточность, которая может потребовать диализ, и плохое кровообращение в конечностях, приводящее к ампутациям. Может произойти некетотическая гиперосмолярная кома.Rates of type 2 diabetes have risen markedly since 1960 in parallel with the rise in obesity. As of 2010, there were about 285 million people with the disease, up from about 30 million in 1985. Long-term complications from high blood sugar can include heart disease, stroke, diabetic retinopathy, chronic kidney disease that may require dialysis, and poor circulation in the extremities leading to amputations. A nonketotic hyperosmolar coma may occur.

Сообщалось, что гипергликемия принимает участие в возникновении и в прогрессирующем усилении сахарного диабета, т.е. имеется в виду теория токсичности глюкозы. А именно, хроническая гипергликемия ведет к уменьшению секреции инсулина и далее к снижению чувствительности к инсулину, а в результате, концентрация глюкозы в крови повышается таким образом, что сахарный диабет самообостряется. Поэтому при лечении гипергликемии цикл вышеупомянутого самообострения прерывается таким образом, что становятся возможными профилактика или лечение сахарного диабета.Hyperglycemia has been reported to be involved in the onset and progressive exacerbation of diabetes mellitus, ie. refers to the theory of glucose toxicity. Namely, chronic hyperglycemia leads to a decrease in insulin secretion and further to a decrease in insulin sensitivity, and as a result, the concentration of glucose in the blood rises in such a way that diabetes mellitus aggravates itself. Therefore, in the treatment of hyperglycemia, the cycle of the aforementioned self-aggravation is interrupted in such a way that prevention or treatment of diabetes mellitus becomes possible.

К сожалению, существующим методам лечения не удается восстановить нормогликемию в долгосрочной перспективе, так как с течением времени снижается функция β-клеток. Кроме того, в настоящее время не существует ни одного препарата, который способен полностью изменить все аспекты этого заболевания.Unfortunately, existing treatments fail to restore normoglycemia in the long term, as β-cell function declines over time. In addition, at present there is no single drug that can completely change all aspects of this disease.

Прогрессирующий характер сахарного диабета 2 типа означает, что многим пациентам в конечном итоге потребуется сочетание перорального гипогликемического препарата, возможно, вместе с инъекциями инсулина и/или экзенатида. Антидиабетические агенты были разработаны для того, чтобы противодействовать основным механизмам, вовлеченным в сахарный диабет 2 типа: устойчивости к инсулину (бигуаниды и тиазолидиндионы) и секреции инсулина (сульфонилмочевины, глиниды, ингибиторы дипептидилпептидазы-4, 1 агонисты рецептора глюкагонподобного пептида), агенты, которые задерживают поглощение глюкозы в желудочно-кишечном тракте или способствуют потере массы, и новые агенты, которые способствуют выведению глюкозы в почечных канальцах. Тем не менее, большинство из этих препаратов, как было показано, имеют пагубные побочные эффекты, такие как увеличение массы, периферические отеки или застойная сердечная недостаточность, и существует серьезная проблема с потерей эффективности этих агентов при долгосрочном применении. Таким образом, несмотря на растущее число терапевтических возможностей для контроля гликемии, существует потребность в альтернативных и улучшенных препаратах для лечения диабета и связанных с ним состояний.The progressive nature of type 2 diabetes means that many patients will eventually require a combination of an oral hypoglycemic agent, possibly together with insulin and/or exenatide injections. Antidiabetic agents have been developed to counteract the main mechanisms involved in type 2 diabetes mellitus: insulin resistance (biguanides and thiazolidinediones) and insulin secretion (sulfonylureas, glinides, dipeptidyl peptidase-4 inhibitors, 1 glucagon-like peptide receptor agonists), agents that delay the absorption of glucose in the gastrointestinal tract or promote weight loss, and novel agents that promote the excretion of glucose in the renal tubules. However, most of these drugs have been shown to have detrimental side effects such as weight gain, peripheral edema, or congestive heart failure, and there is a serious problem with the loss of efficacy of these agents on long-term use. Thus, despite a growing number of therapeutic options for glycemic control, there is a need for alternative and improved drugs for the treatment of diabetes and related conditions.

Сущность изобретенияThe essence of the invention

Авторы настоящего изобретения идентифицировали новую цель для лечения диабета, в частности сахарного диабета 2 типа. Их новаторской находкой является ALMS 1 (белок синдрома Алстрёма 1), который участвует в регуляции инсулином поглощения глюкозы зрелыми адипоцитами посредством его взаимодействий при связывании с ключевыми молекулами, участвующими в регуляции глюкозы. Вкратце, они показали, что когда инсулин связывается со своим рецептором, то около Alms1 образуется и активируется белковый комплекс (ALMSома), что приводит к активации Н+-насоса, транслокации рецептора GLUT4 и поглощению глюкозы адипоцитами. Они также показали, что в отсутствие Alms1, и в следствии этого предотвращении сборки ALMSомы, глюкоза не может транспортироваться в клетки из-за невозможности слияния GLUT4 с клеточной мембраной. Следовательно, они показали, что модуляция комплексообразования ALMS1 может быть использована для регулирования транспорта глюкозы и, таким образом, может быть использована для обхода резистентности к инсулину, и для лечения диабета 2 типа.The authors of the present invention have identified a new target for the treatment of diabetes, in particular type 2 diabetes. Their groundbreaking finding is ALMS 1 (Ahlström syndrome protein 1), which is involved in insulin regulation of glucose uptake by mature adipocytes through its binding interactions with key molecules involved in glucose regulation. Briefly, they showed that when insulin binds to its receptor, a protein complex (ALMSome) is formed and activated near Alms1, leading to activation of the H + pump, translocation of the GLUT4 receptor, and glucose uptake by adipocytes. They also showed that in the absence of Alms1, and in consequence of this preventing the assembly of the ALMSome, glucose cannot be transported into cells due to the inability of GLUT4 to fuse with the cell membrane. Therefore, they showed that ALMS1 complexation modulation could be used to regulate glucose transport and thus could be used to bypass insulin resistance and to treat type 2 diabetes.

Более конкретно, авторы изобретения идентифицировали два белка, участвующих в регуляции транспорта глюкозы с помощью ALMS1, а именно TBC1D4 (4 представитель семейства с ТВС1доменом) и aPKC (PKCa или протеинкиназа С α-типа). Более конкретно, участки связывания этих двух регулирующих глюкозу белков с ALMS1 настолько близки, что одновременное связывание обоих белков не представляется возможным из-за стерических препятствий. TBC1D4, через его взаимодействие с белками (т.е. Rab10, Rab14 и т.д.) и ALMS1, регулирует транслокацию рецепторов GLUT4 к клеточной мем- 1 040194 бране. С другой стороны, aPKC при связывании с ALMS1 блокирует сайт связывания TBC1D4 и, тем самым, отрицательно регулирует транслокацию рецепторов GLUT4 к клеточной мембране, уменьшая клеточное поглощение глюкозы. Кроме того, они продемонстрировали, что нацеленное воздействие на взаимодействие ALMS1 и aPKC достаточно для того, чтобы вызвать всасывание глюкозы адипоцитами, независимо от наличия INS. Соответственно, новые терапевтические стратегии, продемонстрированные в данном изобретении, заключаются в повышении клеточной абсорбции глюкозы и уменьшении гипергликемии путем блокирования связывания aPKC с ALMS1. Наиболее предпочтительно связывание aPKC с ALMS1 ингибируется таким образом, чтобы связывание TBC1D4 с ALMS1 не изменялось или даже усиливалось.More specifically, the inventors have identified two proteins involved in the regulation of glucose transport by ALMS1, namely TBC1D4 (a 4th member of the family with the TBC1 domain) and aPKC (PKCa or α-type protein kinase C). More specifically, the binding sites of these two glucose regulating proteins to ALMS1 are so close that simultaneous binding of both proteins is not possible due to steric hindrance. TBC1D4, through its interaction with proteins (ie Rab10, Rab14, etc.) and ALMS1, regulates the translocation of GLUT4 receptors to the cell membrane. On the other hand, aPKC, upon binding to ALMS1, blocks the TBC1D4 binding site and thus negatively regulates the translocation of GLUT4 receptors to the cell membrane, reducing cellular glucose uptake. In addition, they demonstrated that targeting the interaction of ALMS1 and aPKC is sufficient to induce glucose uptake by adipocytes, regardless of the presence of INS. Accordingly, new therapeutic strategies demonstrated in this invention are to increase cellular glucose uptake and reduce hyperglycemia by blocking the binding of aPKC to ALMS1. Most preferably, the binding of aPKC to ALMS1 is inhibited such that the binding of TBC1D4 to ALMS1 is not altered or even enhanced.

Соответственно, настоящее изобретение относится к молекуле, способной предотвращать связывание aPKC с ALMS1, для применения при лечении или замедлении прогрессирования или отсрочки возникновения сахарного диабета, резистентности к инсулину, диабетической ретинопатии, диабетической невропатии, диабетической нефропатии, резистентности к инсулину, гипергликемии, ожирении и гиперинсулинемии. Оно также относится к применению такой молекулы для получения лекарственного средства, предназначенного для лечения или замедления прогрессирования или отсрочки возникновения сахарного диабета, резистентности к инсулину, диабетической ретинопатии, диабетической невропатии, диабетической нефропатии, резистентности к инсулину, гипергликемии, ожирения и гиперинсулинемии. Оно также относится к способу лечения или замедления прогрессирования или отсрочки возникновения сахарного диабета, резистентности к инсулину, диабетической ретинопатии, диабетической невропатии, диабетической нефропатии, резистентности к инсулину, гипергликемии, ожирения и гиперинсулинемии у объекта, нуждающегося в этом, при котором вводится терапевтически эффективное количество молекулы, способной предотвращать связывание aPKC с ALMS1, тем самым увеличивая поглощение глюкозы, индуцированное инсулином. В предпочтительном воплощении молекула не препятствует связыванию TBC1D4 с ALMS1. Предпочтительно, если молекула выбрана из группы, состоящей из пептидов или полипептидов или пептидомиметиков, антител, фрагментов или их производных, аптамеров, шпигельмеров и химических соединений. Более предпочтительно, если молекула представляет собой пептид длиной менее чем из 50 аминокислот, предпочтительно менее чем из 20 аминокислот.Accordingly, the present invention relates to a molecule capable of preventing the binding of aPKC to ALMS1 for use in treating or slowing the progression or delaying the onset of diabetes mellitus, insulin resistance, diabetic retinopathy, diabetic neuropathy, diabetic nephropathy, insulin resistance, hyperglycemia, obesity, and hyperinsulinemia. . It also relates to the use of such a molecule for the preparation of a medicament for treating or slowing the progression or delaying the onset of diabetes mellitus, insulin resistance, diabetic retinopathy, diabetic neuropathy, diabetic nephropathy, insulin resistance, hyperglycemia, obesity and hyperinsulinemia. It also relates to a method for treating or slowing the progression or delaying the onset of diabetes mellitus, insulin resistance, diabetic retinopathy, diabetic neuropathy, diabetic nephropathy, insulin resistance, hyperglycemia, obesity, and hyperinsulinemia in a subject in need thereof, wherein a therapeutically effective amount is administered. a molecule capable of preventing aPKC from binding to ALMS1, thereby increasing insulin-induced glucose uptake. In a preferred embodiment, the molecule does not interfere with the binding of TBC1D4 to ALMS1. Preferably the molecule is selected from the group consisting of peptides or polypeptides or peptidomimetics, antibodies, fragments or derivatives thereof, aptamers, spiegelmers and chemical compounds. More preferably, the molecule is a peptide of less than 50 amino acids, preferably less than 20 amino acids.

В первом предпочтительном воплощении молекула представляет собой пептид, содержащий аминокислотную последовательность фрагмента ALMS1 (SEQ ID NO: 1). Предпочтительно, если молекула представляет собой пептид, содержащий аминокислотную последовательность фрагмента ALMS1, в том числе один или несколько из остатков, которые, согласно прогнозам, опосредуют взаимодействие с aPKC, в частности, один или несколько из остатков, выбранных из перечня, состоящего из Е17, D58, S59, G62, Н65, L66, Q736, Т737, Е738, D828, S829, Т1088, D1089, А1169, Q1170, F2882, L2883 и Е2884. В наиболее конкретном воплощении молекула представляет собой пептид, содержащий или состоящий из одной из следующих последовательностей:In a first preferred embodiment, the molecule is a peptide containing the amino acid sequence of the ALMS1 fragment (SEQ ID NO: 1). Preferably, the molecule is a peptide containing the amino acid sequence of the ALMS1 fragment, including one or more of the residues predicted to mediate interaction with aPKC, in particular one or more of the residues selected from the list consisting of E17, D58, S59, G62, H65, L66, Q736, T737, E738, D828, S829, T1088, D1089, A1169, Q1170, F2882, L2883 and E2884. In the most specific embodiment, the molecule is a peptide containing or consisting of one of the following sequences:

LDSDSHYGPQHLESIDD (SEQ ID NO: 5);LDSDSHYGPQHLESIDD (SEQ ID NO: 5);

DSHQTEETL (SEQ ID NO: 6);DSHQTEETL (SEQ ID NO: 6);

QQTLPESHLP (SEQ ID NO: 7);QQTLPESHLP (SEQ ID NO: 7);

QALLDSHLPE (SEQ ID NO: 8);QALLDSHLPE (SEQ ID NO: 8);

PADQMTDTP (SEQ ID NO: 9);PADQMTDTP (SEQ ID NO: 9);

HIPEEAQKVSAV (SEQ ID NO: 10);HIPEEAQKVSAV (SEQ ID NO: 10);

SCIFLEQ (SEQ ID NO: 11), и их фрагмента, включающего 6 смежных аминокислот.SCIFLEQ (SEQ ID NO: 11) and a 6 contiguous amino acid fragment thereof.

Во втором предпочтительном воплощении молекула представляет собой пептид, содержащий аминокислотную последовательность фрагмента aPKC (SEQ ID NO: 4). Предпочтительно, если молекула представляет собой пептид, содержащий аминокислотную последовательность фрагмента aPKC, в том числе один или несколько из остатков, которые, согласно прогнозам, опосредуют взаимодействие с ALMS1, в частности один или несколько из остатков, выбранных из перечня, состоящего из F114, D116, С118, L121, N138, Q142, I145, Р148, G433, Е545, S562, S566, F597, D601, W602, K604, Е606, G620, Т631, V664 и I667.In a second preferred embodiment, the molecule is a peptide containing the amino acid sequence of the aPKC fragment (SEQ ID NO: 4). Preferably, the molecule is a peptide containing the amino acid sequence of the aPKC fragment, including one or more of the residues predicted to mediate interaction with ALMS1, in particular one or more of the residues selected from the list consisting of F114, D116 , C118, L121, N138, Q142, I145, P148, G433, E545, S562, S566, F597, D601, W602, K604, E606, G620, T631, V664 and I667.

Настоящее изобретение также относится к способу идентификации молекул, пригодных для применения при лечении или замедлении прогрессирования или отсрочке возникновения сахарного диабета, резистентности к инсулину, диабетической ретинопатии, диабетической невропатии, диабетической нефропатии, резистентности к инсулину, гипергликемии, ожирения и гиперинсулинемии, в котором анализируют способность молекулы предотвращать связывание aPKC с ALMS1 и отбирают молекулы, способные предотвращать это связывание. Способ может дополнительно включать стадию, на которой тестируется способность выбранной молекулы мешать связыванию TBC1D4 с ALMS1 и на которой отбирают молекулы, которые не мешают этому связыванию. Предпочтительно, если связывание определяется в клеточной системе, респонсивной на инсулин. Необязательно, связывание определяется в присутствии и/или в отсутствие инсулина.The present invention also relates to a method for identifying molecules suitable for use in treating or slowing the progression or delaying the onset of diabetes mellitus, insulin resistance, diabetic retinopathy, diabetic neuropathy, diabetic nephropathy, insulin resistance, hyperglycemia, obesity and hyperinsulinemia, in which the ability to molecules to prevent the binding of aPKC to ALMS1 and select molecules capable of preventing this binding. The method may further include testing the ability of the selected molecule to interfere with TBC1D4 binding to ALMS1 and selecting molecules that do not interfere with this binding. Preferably, binding is determined in an insulin responsive cell system. Optionally, binding is determined in the presence and/or absence of insulin.

Еще одна терапевтическая стратегия, выявленная в данном изобретении, заключается в повышенииAnother therapeutic strategy identified in this invention is to increase

- 2 040194 клеточного поглощения глюкозы путем усиления связывания TBC1D4 с ALMS1. Еще одна терапевтическая стратегия, выявленная в данном изобретении, заключается в повышении клеточного поглощения глюкозы путем положительной регуляции экспрессии ALMS1.- 2 040194 cellular uptake of glucose by enhancing the binding of TBC1D4 to ALMS1. Another therapeutic strategy identified in this invention is to increase cellular glucose uptake by upregulating ALMS1 expression.

Таким образом, настоящее изобретение дополнительно относится к молекуле, способной усиливать связывание TBC1D4 с ALMS1 или повышать экспрессию ALMS1 для применения при лечении или задержке прогрессирования или отсрочке возникновения сахарного диабета, резистентности к инсулину, диабетической ретинопатии, диабетической невропатии, диабетической нефропатии, резистентности к инсулину, гипергликемии, ожирения, гиперинсулинемии и, в частности, сахарного диабета 2 типа. Оно также относится к применению такой молекулы для получения лекарственного средства для лечения, или замедления прогрессирования, или отсрочке возникновения сахарного диабета, резистентности к инсулину, диабетической ретинопатии, диабетической невропатии, диабетической нефропатии, резистентности к инсулину, гипергликемии, ожирения и гиперинсулинемии, в частности сахарного диабета 2 типа. Оно также относится к способу лечения, или замедления прогрессирования, или отсрочке возникновения сахарного диабета, резистентности к инсулину, диабетической ретинопатии, диабетической невропатии, диабетической нефропатии, резистентности к инсулину, гипергликемии, ожирения и гиперинсулинемии, в частности сахарного диабета 2 типа, у объекта, нуждающегося в этом, в котором вводят терапевтически эффективное количество молекулы, способной усиливать связывание TBC1D4 с ALMS1 или повышать экспрессию ALMS1, тем самым увеличивая поглощение глюкозы, индуцированное инсулином. В предпочтительном воплощении молекула также ингибирует связывание aPKC с ALMS1.Thus, the present invention further provides a molecule capable of enhancing the binding of TBC1D4 to ALMS1 or increasing the expression of ALMS1 for use in treating or delaying the progression or delaying the onset of diabetes mellitus, insulin resistance, diabetic retinopathy, diabetic neuropathy, diabetic nephropathy, insulin resistance, hyperglycemia, obesity, hyperinsulinemia and, in particular, type 2 diabetes mellitus. It also relates to the use of such a molecule for the manufacture of a medicament for treating or slowing the progression or delaying the onset of diabetes mellitus, insulin resistance, diabetic retinopathy, diabetic neuropathy, diabetic nephropathy, insulin resistance, hyperglycemia, obesity, and hyperinsulinemia, in particular diabetes mellitus. type 2 diabetes. It also relates to a method for treating or slowing the progression or delaying the onset of diabetes mellitus, insulin resistance, diabetic retinopathy, diabetic neuropathy, diabetic nephropathy, insulin resistance, hyperglycemia, obesity, and hyperinsulinemia, in particular type 2 diabetes mellitus, in a subject, in need thereof, wherein a therapeutically effective amount of a molecule capable of enhancing the binding of TBC1D4 to ALMS1 or increasing the expression of ALMS1 is administered, thereby increasing insulin-induced glucose uptake. In a preferred embodiment, the molecule also inhibits the binding of aPKC to ALMS1.

Настоящее изобретение также относится к способу идентификации молекулы, пригодной для применения при лечении диабета, в котором анализируют способность молекулы повышать экспрессию ALMS1 и выбирают молекулы, способные к положительной регуляции ALMS1. Оно также относится к способу идентификации молекулы, пригодной для применения при лечении диабета, в котором анализируют способность молекулы увеличивать связывание TBC1D4 с ALMS1 и отбирают молекулы, способные увеличивать этот параметр связывания. Необязательно, способ дополнительно включает определение способности молекулы, предотвратить связывание aPKC с ALMS1, анализируют и отбор молекул, способных предотвращать это связывание.The present invention also relates to a method for identifying a molecule suitable for use in the treatment of diabetes, which analyzes the ability of the molecule to increase the expression of ALMS1 and select molecules capable of upregulating ALMS1. It also relates to a method for identifying a molecule suitable for use in the treatment of diabetes, in which the ability of the molecule to increase the binding of TBC1D4 to ALMS1 is analyzed and molecules are selected that are capable of increasing this binding parameter. Optionally, the method further comprises determining the ability of the molecule to prevent aPKC from binding to ALMS1, analyzing and selecting molecules capable of preventing this binding.

Подробное описание изобретенияDetailed description of the invention

Авторы изобретения идентифицировали ALMS1 как недостающего ключевого игрка, участвующего в регуляции инсулин-опосредованного поглощения глюкозы посредством GLUT4-сортировочных везикул в адипоцитах.The inventors have identified ALMS1 as the missing key player involved in the regulation of insulin-mediated glucose uptake by GLUT4 sorting vesicles in adipocytes.

В настоящее время признано, что даже если жировая ткань ответственна за около 20% абсорбции глюкозы, дисфункция в этой ткани может привести к возникновению диабета. Таким образом, любые средства, способные регулировать инсулин-опосредованное поглощение глюкозы в адипоцитах должны быть в состоянии задержать, обратить, или предотвратить возникновение сахарного диабета, резистентности к инсулину, диабетической ретинопатии, диабетической невропатии, диабетической нефропатии, резистентности к инсулину, гипергликемии, ожирения и гиперинсулинемии.It is now recognized that even if adipose tissue is responsible for about 20% of glucose absorption, dysfunction in this tissue can lead to diabetes. Thus, any agent capable of regulating insulin-mediated glucose uptake in adipocytes should be able to delay, reverse, or prevent the onset of diabetes mellitus, insulin resistance, diabetic retinopathy, diabetic neuropathy, diabetic nephropathy, insulin resistance, hyperglycemia, obesity, and hyperinsulinemia.

Активность ALMS1 отрицательно регулируется при связывании с aPKC и активируется при связывании с TBC1D4. Также было показано, что участки связывания этих двух белков на ALMS1 настолько близки, что одновременное связывание обоих белков не допускается из-за стерических затруднений. Таким образом, этот механизм регулирования является новой мишенью для лечения или замедления прогрессирования или отсрочке возникновения сахарного диабета, резистентности к инсулину, диабетической ретинопатии, диабетической невропатии, диабетической нефропатии, резистентности к инсулину, гипергликемии, ожирения и гиперинсулинемии, и изобретатели предлагают использовать молекулу, способную предотвращать связывание aPKC с ALMS1, при этих терапевтических показаниях.ALMS1 activity is negatively regulated upon binding to aPKC and upregulated upon binding to TBC1D4. It has also been shown that the binding sites of these two proteins on ALMS1 are so close that simultaneous binding of both proteins is not allowed due to steric hindrance. Thus, this regulatory mechanism is a new target for treating or slowing the progression or delaying the onset of diabetes mellitus, insulin resistance, diabetic retinopathy, diabetic neuropathy, diabetic nephropathy, insulin resistance, hyperglycemia, obesity and hyperinsulinemia, and the inventors propose to use a molecule capable of prevent the binding of aPKC to ALMS1, in these therapeutic indications.

Определения.Definitions.

ALMS1, белок синдрома Альстрёма 1, представляет собой белок, кодируемый геном ALMS1. Было обнаружено, что мутации в гене ALMS1 ответственны за синдром Альстрёма. Они описаны в нескольких базах данных, а именно UniProt ID No Q8TCU4; Gene ID No 7840, HGNG ID No 428. Эталонные последовательности представлены в Genbank под учетным номером NM_015120.4 для мРНК и NP_055935,4 для белка. Белковая последовательность человеческого ALMS1 описана в SEQ ID NO: 1.ALMS1, the Alström syndrome protein 1, is a protein encoded by the ALMS1 gene. Mutations in the ALMS1 gene have been found to be responsible for Alström syndrome. They are described in several databases, namely UniProt ID No Q8TCU4; Gene ID No 7840, HGNG ID No 428. Reference sequences are available from Genbank under accession number NM_015120.4 for mRNA and NP_055935.4 for protein. The protein sequence of human ALMS1 is described in SEQ ID NO: 1.

TBC1D4 (4 представитель семейства ТВС1-домена), также в настоящее время называемый As160, предполагаемо действует в качестве GTPаза-активирующего белка для RAB2A, RAB8A, RAB10 и RAB14. Он описан в нескольких базах данных, а именно UniProt ID No 060343, Gene ID No 9882, HGNG ID No 19165. Эталонные последовательности описаны в Genbank под NM_014832,3 для мРНК и NP_055647.2 для белка (для изоформы 1, выбранных в качестве канонических последовательностей). Изоформа 2, которая отличается от изоформы по отсутствующим аминокислотам в положениях 678-740, представлена в UniProt как No O60343-2, стимулирует транслокацию инсулин-индуцированного переносчика глюкозы SLC2A4/GLUT4 на плазматическую мембрану, тем самым увеличивая поглощение глюкозы. Белковая последовательность человеческого TBC1D4 (изоформа 1) представлена в SEQ ID NO: 2. Белковая последовательность человеческого TBC1D4 (изоформа 2) представлена в SEQ ID NO: 3.TBC1D4 (4th member of the TBC1 domain family), also currently referred to as As160, putatively acts as a GTPase-activating protein for RAB2A, RAB8A, RAB10 and RAB14. It is described in several databases, namely UniProt ID No 060343, Gene ID No 9882, HGNG ID No 19165. sequences). Isoform 2, which differs from the isoform in the absence of amino acids at positions 678-740, represented in UniProt as No. O60343-2, stimulates translocation of the insulin-induced glucose transporter SLC2A4/GLUT4 to the plasma membrane, thereby increasing glucose uptake. The protein sequence of human TBC1D4 (isoform 1) is shown in SEQ ID NO: 2. The protein sequence of human TBC1D4 (isoform 2) is shown in SEQ ID NO: 3.

- 3 040194- 3 040194

Протеинкиназа С a-типа, также называемая aPKC, PKC-А или PKC-a, принадлежит к семейству серин- и треонинспецифических протеинкиназ, которые могут быть активированы с помощью кальция и вторичного мессенджера диацилглицерина. Она описана в нескольких базах данных, а именно UniProt ID No P17252, Gene ID No 9393, HGNG ID No 5578. Эталонные последовательности описаны в Genbank с NM_02737.2 для мРНК и NP_002728.1 для белка. Белковая последовательность человеческого aPKC описана в SEQ ID NO: 4.The α-type protein kinase C, also referred to as aPKC, PKC-A, or PKC-a, belongs to a family of serine- and threonine-specific protein kinases that can be activated by calcium and the second messenger diacylglycerol. It is described in several databases, namely UniProt ID No P17252, Gene ID No 9393, HGNG ID No 5578. Reference sequences are described in Genbank with NM_02737.2 for mRNA and NP_002728.1 for protein. The protein sequence of human aPKC is described in SEQ ID NO: 4.

Методы скрининга.Screening methods.

Настоящее изобретение относится к in vitro или ex vivo способу идентификации, скрининга или отбора молекулы, способной предотвращать связывание aPKC с ALMS1. Способ включает определение влияния молекул(ы) на связывание aPKC с ALMS1 и отбор молекул(ы), если связывание aPKC с ALMS1 уменьшается или предотвращается. Предпочтительно, если способ дополнительно включает определение влияния молекул(ы) на связывание TBC1D4 с ALMS1 и устранение молекул(ы), если связывание TBC1D4 с ALMS1 уменьшается или предотвращается. Необязательно, этот способ может включать стадию выбора молекул(ы), если связывание TBC1D4 с ALMS1 увеличивается или усиливается.The present invention relates to an in vitro or ex vivo method for identifying, screening or selecting a molecule capable of preventing aPKC from binding to ALMS1. The method includes determining the effect of the molecule(s) on aPKC binding to ALMS1 and selecting the molecule(s) if aPKC binding to ALMS1 is reduced or prevented. Preferably, the method further comprises determining the effect of the molecule(s) on TBC1D4 binding to ALMS1 and eliminating the molecule(s) if TBC1D4 binding to ALMS1 is reduced or prevented. Optionally, this method may include the step of selecting the molecule(s) if TBC1D4 binding to ALMS1 is increased or enhanced.

Настоящее изобретение также относится к in vitro или ex vivo способу идентификации, скрининга или отбора молекулы, способной усиливать или увеличивать связывания TBC1D4 с ALMS1. Способ включает определение влияния молекулы на связывание TBC1D4 с ALMS1 и выбор молекулы, если связывание TBC1D4 с ALMS1 увеличивается или усиливается. Необязательно, способ дополнительно включает определение влияния молекул(ы) на связывание aPKC с ALMS1 и выбор молекул(ы), если связывание aPKC с ALMS 1 уменьшается или предотвращается.The present invention also relates to an in vitro or ex vivo method for identifying, screening or selecting a molecule capable of enhancing or increasing the binding of TBC1D4 to ALMS1. The method includes determining the effect of the molecule on TBC1D4 binding to ALMS1 and selecting the molecule if TBC1D4 binding to ALMS1 is increased or increased. Optionally, the method further comprises determining the effect of the molecule(s) on aPKC binding to ALMS1 and selecting the molecule(s) if aPKC binding to ALMS 1 is reduced or prevented.

Для того чтобы определить влияние молекулы на связывание aPKC и/или TBC1D4 с ALMS1, может быть осуществлена любая технология, известная специалистам в данной области, в частности любой способ, пригодный для определения белковых взаимодействий. Например, рекомбинантный или очищенный нативный ALMS1 или aPKC может быть связан с чипом для поверхностного плазмонного резонанса, а другая молекула может протекать над чипом для оценки аффинности связывания, например, в устройстве Biacore (General Electric, США). Такой же подход может быть использован для измерения аффинности связывания ALMS1 и TBC1D4 или ALMS1 и aPKC.In order to determine the effect of a molecule on the binding of aPKC and/or TBC1D4 to ALMS1, any technique known to those skilled in the art may be implemented, in particular any method suitable for determining protein interactions. For example, recombinant or purified native ALMS1 or aPKC can be coupled to a surface plasmon resonance chip and another molecule can be flowed over the chip for binding affinity evaluation, such as in a Biacore device (General Electric, USA). The same approach can be used to measure the binding affinity of ALMS1 and TBC1D4 or ALMS1 and aPKC.

Влияние молекул(ы) на связывание aPKC и/или TBC1D4 с ALMS1 заключается в определении путем измерения связывания aPKC и/или TBC1D4 с ALMS1 в отсутствие и в присутствии тестируемой молекулы и путем сравнения связывания aPKC и/или TBC1D4 с ALMS1.The effect of the molecule(s) on the binding of aPKC and/or TBC1D4 to ALMS1 is determined by measuring the binding of aPKC and/or TBC1D4 to ALMS1 in the absence and presence of the test molecule and by comparing the binding of aPKC and/or TBC1D4 to ALMS1.

Кроме того, способ скрининга может включать предварительную стадию отбора молекул(ы), способных связываться с ALMS1. В самом деле, может быть выгодно, чтобы молекула, предотвращающая взаимодействия между ALMS1 и aPKC, действовала непосредственно в месте связывания ALMS1 с aPKC.In addition, the screening method may include a preliminary step of selecting molecules(s) capable of binding to ALMS1. Indeed, it may be advantageous for the molecule to prevent interactions between ALMS1 and aPKC to act directly at the binding site of ALMS1 to aPKC.

В качестве альтернативы способ скрининга может включать предварительную стадию отбора молекулы, способной связываться с aPKC. В самом деле, также может быть выгодным, чтобы молекула, предотвращающая взаимодействия между ALMS1 и aPKC, действовала непосредственно в месте связывания aPKC с ALMS1.Alternatively, the screening method may include a preliminary step of selecting a molecule capable of binding to aPKC. Indeed, it may also be advantageous for the molecule preventing interactions between ALMS1 and aPKC to act directly at the binding site of aPKC to ALMS1.

Кроме того, способ скрининга может включать предварительную стадию отбора молекулы, способной связываться с TBC1D4.In addition, the screening method may include a preliminary step of selecting a molecule capable of binding to TBC1D4.

В предпочтительном воплощении для идентификации, скрининга или отбора молекулы, способной предотвращать связывание aPKC с ALMS1, способ скрининга по настоящему изобретению дополнительно включает определение влияния молекулы(л), в частности выбранной молекулы(л), на связывание TBC1D4 с ALMS1 и отбор молекулы(л), если связывание TBC1D4 с ALMS1 не уменьшается или не предотвращается молекулой(ами). Более того, способ может включать стадию выбора молекулы(л), если TBC1D4 с ALMS1 увеличивается или усиливается молекулой(ами).In a preferred embodiment, for identifying, screening or selecting a molecule capable of preventing aPKC from binding to ALMS1, the screening method of the present invention further comprises determining the effect of the molecule(s), in particular the selected molecule(s), on the binding of TBC1D4 to ALMS1 and selecting the molecule(s). ) if TBC1D4 binding to ALMS1 is not reduced or prevented by the molecule(s). Moreover, the method may include the step of selecting the molecule(s) if TBC1D4 with ALMS1 is increased or enhanced by the molecule(s).

В предпочтительном воплощении для идентификации, скрининга или отбора молекулы, способной повышать связывание TBC1D4 с ALMS1, способ скрининга по настоящему изобретению дополнительно включает определение влияния молекулы(л), в частности выбранной молекулы(л), на связывание aPKC с ALMS1 и отбор молекулы(л), если связывание aPKC с ALMS1 уменьшается или предотвращается молекулой(ами).In a preferred embodiment, for identifying, screening or selecting a molecule capable of increasing TBC1D4 binding to ALMS1, the screening method of the present invention further comprises determining the effect of the molecule(s), in particular the selected molecule(s), on aPKC binding to ALMS1 and selecting the molecule(s). ) if aPKC binding to ALMS1 is reduced or prevented by the molecule(s).

Из-за большого размера партнеров по связыванию, в частности ALMS1 и TBC1D4, изобретатели предпочитают использовать клеточные системы для способов скрининга. Предпочтительно, если клеточная система связи является клеточной системой, реагирующей на инсулин. Например, клеточная система может быть выбрана из множества линий мезенхимальных клеток, мезенхимальных стволовых клеток, жировых мезенхимальных стволовых клеток, преадипоцитов и адипоцитов. Предпочтительно, если клетка представляет собой клетку человека.Due to the large size of binding partners, in particular ALMS1 and TBC1D4, the inventors prefer to use cell systems for screening methods. Preferably the cellular communication system is an insulin responsive cellular system. For example, the cell system may be selected from a variety of mesenchymal cell lines, mesenchymal stem cells, adipose mesenchymal stem cells, preadipocytes, and adipocytes. Preferably, the cell is a human cell.

Далее определения связывания можно проводить в присутствии или в отсутствие инсулина. Предпочтительно в присутствии инсулина для связывания aPKC с ALMS1 и в присутствии инсулина для связывания TBC1D4 с ALMS1.Further binding determinations can be made in the presence or absence of insulin. Preferably in the presence of insulin to bind aPKC to ALMS1 and in the presence of insulin to bind TBC1D4 to ALMS1.

- 4 040194- 4 040194

В первом аспекте может быть осуществлен анализ иммунопреципитации с использованием ALMS1 в качестве приманки, в частности, как подробно описано в экспериментальном разделе. Например, анализ может проводиться с клетками, в частности адипоцитами, культивируемыми в отсутствие и/или в присутствии инсулина, предпочтительно в отсутствие инсулина. Тестируемые молекулы добавляются в культуральную среду. Затем aPKC подвергается иммунодетекции. Необязательно, TBC1D4 также может быть подвергнут иммунодетекции. Этот способ описан подробно в разделе Примеры.In a first aspect, an immunoprecipitation assay can be performed using ALMS1 as a bait, specifically as detailed in the experimental section. For example, the assay can be performed with cells, in particular adipocytes, cultured in the absence and/or presence of insulin, preferably in the absence of insulin. Test molecules are added to the culture medium. The aPKC is then subjected to immunodetection. Optionally, TBC1D4 can also be subjected to immunodetection. This method is described in detail in the Examples section.

В предпочтительном воплощении количество aPKC, связанное с ALMS1, определяется и по сравнению с количеством в отсутствие тестируемых молекул, в частности в отсутствие инсулина. Если количество aPKC, связанной с ALMS1, уменьшается в присутствии тестируемой молекулы, то молекула отбирается.In a preferred embodiment, the amount of aPKC associated with ALMS1 is determined and compared to the amount in the absence of test molecules, in particular in the absence of insulin. If the amount of aPKC associated with ALMS1 decreases in the presence of the test molecule, then the molecule is selected.

Количество TBC1D4, связанного с ALMS1, определяется и сравнивается с количеством в отсутствие тестируемых молекул, в частности в присутствии инсулина или как в присутствии, так и в отсутствие инсулина. Если количество TBC1D4, связанного с ALMS1, уменьшается в присутствии тестируемой молекулы, то молекула отвергается. Если количество TBC1D4, связанного с ALMS1, возрастает в присутствие тестируемой молекулы, то молекула отбирается.The amount of TBC1D4 associated with ALMS1 is determined and compared with the amount in the absence of test molecules, in particular in the presence of insulin or both in the presence and absence of insulin. If the amount of TBC1D4 associated with ALMS1 decreases in the presence of the test molecule, then the molecule is rejected. If the amount of TBC1D4 associated with ALMS1 increases in the presence of the test molecule, then the molecule is selected.

Во втором аспекте аффинная очистка в сочетании с масс-спектрометрией, может быть осуществлена, в частности, после химического перекрестного сшивания. Например, клетки могут быть выращены в среде, лишенной метионина и лейцина, но включающей фотоактивируемый метионин и лейцин. Затем клетки облучаются УФ для стабилизации белковых комплексов и белковые комплексы анализируются с помощью масс-спектрометрии.In a second aspect, affinity purification in combination with mass spectrometry can be carried out, in particular, after chemical cross-linking. For example, cells can be grown in a medium lacking methionine and leucine, but including photoactivated methionine and leucine. The cells are then irradiated with UV to stabilize the protein complexes and the protein complexes are analyzed by mass spectrometry.

Другие способы доступны специалисту в данной области, например, комплементация бимолекулярной флуоресценции, тандемная аффинная очистка и т.п. В частности, в WO 2012/117245 описан способ идентификации молекул, способных предотвращать взаимодействие между двумя белками: WO 2012/117245 (для идентификации малых молекул). В WO 12174489 также раскрыты способы разработки молекул, пригодных для предотвращения взаимодействия между двумя белками.Other methods are available to those skilled in the art, such as bimolecular fluorescence complementation, tandem affinity purification, and the like. In particular, WO 2012/117245 describes a method for identifying molecules capable of preventing interaction between two proteins: WO 2012/117245 (for identifying small molecules). WO 12174489 also discloses methods for designing molecules suitable for preventing interaction between two proteins.

Кроме того, подходящие молекулы также могут быть спроектированы с помощью молекулярного моделирования. Такие способы, например, подробно описаны в разделе примеров.In addition, suitable molecules can also be designed using molecular modeling. Such methods are, for example, described in detail in the examples section.

В конкретном аспекте настоящее изобретение относится к модели структурной гомологии ALMS1 и ее применению в качестве in silico способа для идентификации молекул, способных ингибировать или стимулировать функцию ALMSомы, в частности, для ингибирования взаимодействия между ALMS1 и aPKC и/или для увеличения взаимодействие между ALMS1 и TBC1D4.In a specific aspect, the present invention relates to the structural homology model of ALMS1 and its use as an in silico method for identifying molecules capable of inhibiting or stimulating ALMSoma function, in particular to inhibit the interaction between ALMS1 and aPKC and/or to increase the interaction between ALMS1 and TBC1D4 .

Оно также относится к модели структурной гомологии TBC1D4 и ее использования в способе in silico для идентификации молекул, способных ингибировать или стимулировать функцию ALMSомы, в частности увеличивать взаимодействие между ALMS1 и TBC1D4.It also relates to the TBC1D4 structural homology model and its use in an in silico method to identify molecules capable of inhibiting or stimulating ALMSoma function, in particular increasing the interaction between ALMS1 and TBC1D4.

Настоящее изобретение также относится к способу идентификации, скрининга или отбора молекулы, способной положительно регулировать ALMS1 на уровне генов и белков. Способ включает определение влияния молекулы(л) на экспрессию ALMS1 и отбор молекулы(л), если экспрессия ALMS1 увеличивается. Для того чтобы определить влияние молекулы на экспрессию ALMS1, может быть осуществлена любая технология, известная специалисту в данной области.The present invention also relates to a method for identifying, screening or selecting a molecule capable of positively regulating ALMS1 at the level of genes and proteins. The method includes determining the effect of molecule(s) on ALMS1 expression and selecting molecule(s) if ALMS1 expression is increased. In order to determine the effect of a molecule on the expression of ALMS1, any technique known to the person skilled in the art can be implemented.

Различные методы, известные в данной области, могут быть использованы для обнаружения или количественного определения экспрессии ALMS1, включая секвенирование, гибридизацию, амплификацию и/или связывание со специфическими лигандами (например, антителами). Подходящие способы включают саузерн-блоттинг (для ДНК), блоттинг (для РНК), флуоресцентную гибридизацию in situ (FISH), миграцию в геле, ELISA, радиоиммунологические анализы (RIA) и иммуно-ферментативные анализы (IEMA).Various methods known in the art can be used to detect or quantify ALMS1 expression, including sequencing, hybridization, amplification, and/or binding to specific ligands (eg, antibodies). Suitable methods include Southern blotting (for DNA), blotting (for RNA), fluorescent in situ hybridization (FISH), gel migration, ELISA, radioimmunoassays (RIA) and enzyme immunoassays (IEMA).

Увеличенный, увеличение или усиление предназначены для обозначения связывания, увеличенного по меньшей мере на 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80 или 90% по сравнению со связыванием, измеренным в отсутствие тестируемой молекулы в тех же самых условиях. Сниженный или снижение предназначены для обозначения к снижения связывания по меньшей мере на 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80 или 90% по сравнению со связыванием, измеренным в отсутствие тестируемой молекулы в тех же условиях.Increased, increase or enhancement is intended to mean binding increased by at least 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80% or 90% compared to binding measured in the absence of the test molecule under the same conditions. Reduced or reduction is intended to mean a reduction in binding of at least 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, or 90% compared to binding measured in the absence of the test molecule under the same conditions.

Кроме того, способы скрининга по настоящему изобретению могут включать анализ моделей на животных. Тестируемые молекулы могут быть введены в модели на животных и может быть оценено влияние молекул на поглощение глюкозы или диабета. Например, модели на животных могут быть мышами или крысами с резистентностью к инсулину, сахарным диабетом или гипергликемией. Влияние молекулы может быть оценено путем измерения уровня глюкозы в крови.In addition, the screening methods of the present invention may include the analysis of animal models. Test molecules can be introduced into animal models and the effect of the molecules on glucose or diabetes uptake can be evaluated. For example, animal models can be mice or rats with insulin resistance, diabetes mellitus, or hyperglycemia. The effect of the molecule can be assessed by measuring blood glucose levels.

Молекулы.Molecules.

Молекулы, способные предотвращать или блокировать связывание aPKC с ALMS1, могут быть любыми лигандами, способными связывать либо aPKC, либо ALMS1 и, таким образом, предотвращать или блокировать связывание aPKC с ALMS1.Molecules capable of preventing or blocking the binding of aPKC to ALMS1 can be any ligand capable of binding either aPKC or ALMS1 and thus preventing or blocking the binding of aPKC to ALMS1.

В первом аспекте настоящее изобретение относится к молекуле, которая предотвращает или блокиIn a first aspect, the present invention relates to a molecule that prevents or blocks

- 5 040194 рует связывание aPKC с ALMS1 путем взаимодействия с одним или несколькими из остатков ALMS1, выбранных из перечня, состоящего из Е17, D58, S59, G62, Н65, L66, Q736, Т737, Е738, D828, S829, Т1088, D1089, А1169, Q1170, F2882, L2883 и Е2884. В ином аспекте настоящее изобретение относится к молекуле, которая предотвращает или блокирует связывание aPKC с ALMS1 путем взаимодействия с одним или несколькими из остатков aPKC, выбранных из перечня, состоящего из F114, D116, С118, L121, N138, Q142, I145, Р148, G433, Е545, S562, S566, F597, D601, W602, K604, Е606, G620, Т631, V664 и I667.- 5 040194 aPKC binds to ALMS1 by interacting with one or more of the ALMS1 residues selected from the list consisting of E17, D58, S59, G62, H65, L66, Q736, T737, E738, D828, S829, T1088, D1089, A1169, Q1170, F2882, L2883 and E2884. In another aspect, the present invention relates to a molecule that prevents or blocks the binding of aPKC to ALMS1 by interacting with one or more of the aPKC residues selected from the list consisting of F114, D116, C118, L121, N138, Q142, I145, P148, G433 , E545, S562, S566, F597, D601, W602, K604, E606, G620, T631, V664 and I667.

Молекулами, способными усиливать или увеличивать связывание TBC1D4 с ALMS1, могут быть любые лиганды, способные связываться либо TBC1D4, либо ALMS1 и, тем самым, повышать или увеличивать связывание TBC1D4 с ALMS1.Molecules capable of enhancing or increasing the binding of TBC1D4 to ALMS1 can be any ligand capable of binding either TBC1D4 or ALMS1 and thereby increasing or increasing the binding of TBC1D4 to ALMS1.

В первом аспекте настоящее изобретение относится к молекуле, которая усиливает или увеличивает связывание TBC1D4 с ALMS1 путем взаимодействия с одним или несколькими из остатков ALMS1, выбранных из перечня, состоящего из Н65, L66 и S2879. В ином аспекте настоящее изобретение относится к молекуле, которая усиливает или увеличивает связывание TBC1D4 с ALMS1 путем взаимодействия с одним или несколькими из остатков TBC1D4, выбранных из перечня, состоящего из G75, А76, Р77, А78, R80, Е81, V82 и I83.In a first aspect, the present invention relates to a molecule that enhances or increases the binding of TBC1D4 to ALMS1 by interacting with one or more of the ALMS1 residues selected from the list consisting of H65, L66 and S2879. In another aspect, the present invention relates to a molecule that enhances or increases the binding of TBC1D4 to ALMS1 by interacting with one or more of the TBC1D4 residues selected from the list consisting of G75, A76, P77, A78, R80, E81, V82 and I83.

Настоящее изобретение относится к таким молекулам, фармацевтической композиции, содержащей такие молекулы, и применению таких молекул в качестве лекарственного средства или для изготовления лекарственного средства.The present invention relates to such molecules, a pharmaceutical composition containing such molecules, and the use of such molecules as a drug or for the manufacture of a drug.

Эти молекулы могут быть пептидами или полипептидами или миметиками пептидов, антителами, фрагментами или их производными, аптамерами, шпигельмерами или химическими соединениями. Эти молекулы могут быть выбраны с помощью способов скрининга, известных в данной области, или как описано выше, и могут быть спроектированы любым удобным in silico способом моделирования.These molecules may be peptides or polypeptides or peptide mimetics, antibodies, fragments or derivatives thereof, aptamers, Spiegelmers or chemical compounds. These molecules can be selected using screening methods known in the art, or as described above, and can be designed by any convenient in silico modeling technique.

В предпочтительном воплощении молекула представляет собой пептид или полипептид. В предпочтительном воплощении пептид может иметь от 5 до 50 аминокислот. Более предпочтительно она имеет от 5 до 20 аминокислот. Более предпочтительно пептид или полипептид содержит менее чем 50 аминокислот, более предпочтительно менее чем 40, 30, 20, 15 или 10 аминокислот.In a preferred embodiment, the molecule is a peptide or polypeptide. In a preferred embodiment, the peptide may have 5 to 50 amino acids. More preferably it has 5 to 20 amino acids. More preferably the peptide or polypeptide contains less than 50 amino acids, more preferably less than 40, 30, 20, 15 or 10 amino acids.

В первом аспекте молекула представляет собой пептид или полипептид, содержащий аминокислотную последовательность фрагмента ALMS1 (SEQ ID NO: 1). В предпочтительном воплощении молекула представляет собой пептид или полипептид, содержащий аминокислотную последовательность фрагмента ALMS1, в том числе один или несколько из остатков, которые, согласно прогнозам, опосредуют взаимодействие с aPKC. В частности, эти остатки выбирают из перечня, состоящего из Е17, D58, S59, G62, Н65, L66, Q736, Т737, Е738, D828, S829, Т1088, D1089, А1169, Q1170, F2882, L2883 и Е2884. Более предпочтительно, если эти остатки выбирают из перечня, состоящего из D58, S59, G62, Н65, L66, Q736, Т737, Е738, D828, S829, Т1088, D1089, А1169, Q1170, F2882, L2883 и Е2884. D58, S59, G62, Н65 и L66 образуют первый сегмент взаимодействия. Т737 и Е738 определяют второй сегмент взаимодействия. D828 и S829 определяют третий сегмент взаимодействия. Т1088 и D1089 определяют четвертый сегмент взаимодействия. А1169 и Q1170 определяют пятый сегмент взаимодействия. F2882, L2883 и Е2884 определяют шестой сегмент взаимодействия.In a first aspect, the molecule is a peptide or polypeptide containing the amino acid sequence of an ALMS1 fragment (SEQ ID NO: 1). In a preferred embodiment, the molecule is a peptide or polypeptide containing the amino acid sequence of the ALMS1 fragment, including one or more of the residues predicted to mediate interaction with aPKC. In particular, these residues are selected from the list consisting of E17, D58, S59, G62, H65, L66, Q736, T737, E738, D828, S829, T1088, D1089, A1169, Q1170, F2882, L2883 and E2884. More preferably, these residues are selected from the list consisting of D58, S59, G62, H65, L66, Q736, T737, E738, D828, S829, T1088, D1089, A1169, Q1170, F2882, L2883 and E2884. D58, S59, G62, H65 and L66 form the first interaction segment. T737 and E738 define the second segment of the interaction. D828 and S829 define the third interaction segment. T1088 and D1089 define the fourth interaction segment. A1169 and Q1170 define the fifth interaction segment. F2882, L2883 and E2884 define the sixth interaction segment.

В очень конкретном аспекте пептид или полипептид содержит или состоит из одной из следующих последовательностей:In a very specific aspect, the peptide or polypeptide contains or consists of one of the following sequences:

LDSDSHYGPQHLESIDD (SEQ ID NO: 5), нацеленной на первый сегмент взаимодействия;LDSDSHYGPQHLESIDD (SEQ ID NO: 5) targeting the first interaction segment;

DSHQTEETL (SEQ ID NO: 6), нацеленной на второй сегмент взаимодействия;DSHQTEETL (SEQ ID NO: 6) targeting the second interaction segment;

QQTLPESHLP (SEQ ID NO: 7);QQTLPESHLP (SEQ ID NO: 7);

QALLDSHLPE (SEQ ID NO: 8), нацеленной на третий сегмент взаимодействия;QALLDSHLPE (SEQ ID NO: 8) targeting the third interaction segment;

PADQMTDTP (SEQ ID NO: 9), ориентированной на четвертый сегмент взаимодействия;PADQMTDTP (SEQ ID NO: 9) focused on the fourth interaction segment;

HIPEEAQKVSAV (SEQ ID NO: 10), ориентированной на пятый сегмент взаимодействия;HIPEEAQKVSAV (SEQ ID NO: 10) focused on the fifth interaction segment;

SCIFLEQ (SEQ ID NO: 11), ориентированной на шестой сегмент взаимодействия, их фрагмент, содержащий 6 смежных аминокислот.SCIFLEQ (SEQ ID NO: 11), focused on the sixth segment of the interaction, their fragment containing 6 contiguous amino acids.

Во втором аспекте молекула представляет собой пептид или полипептид, содержащий аминокислотную последовательность фрагмента aPKC (SEQ ID NO: 4). В предпочтительном воплощении молекула представляет собой пептид или полипептид, содержащий аминокислотную последовательность фрагмента aPKC, в том числе один или несколько из остатков, которые, согласно прогнозам, опосредуют взаимодействие с ALMS1. В частности, эти остатки выбраны из перечня, состоящего из F114, D116, С118, L121, N138, Q142, I145, Р148, G433, Е545, S562, S566, F597, D601, W602, K604, Е606, G620, Т631, V664 и I667. F114, D116, С118 и L121 могут определить первый сегмент взаимодействия. N138, Q142, I145 и Р148 могут определить второй сегмент взаимодействия. Е545, S562 и S566 могут определить третий сегмент взаимодействия. F597, D601, W602, K604 и Е606 определяют четвертый сегмент взаимодействия. V664 и I667 могут определить пятый сегмент взаимодействия.In a second aspect, the molecule is a peptide or polypeptide containing the amino acid sequence of an aPKC fragment (SEQ ID NO: 4). In a preferred embodiment, the molecule is a peptide or polypeptide containing the amino acid sequence of the aPKC fragment, including one or more of the residues predicted to mediate interaction with ALMS1. In particular, these residues are selected from the list consisting of F114, D116, C118, L121, N138, Q142, I145, P148, G433, E545, S562, S566, F597, D601, W602, K604, E606, G620, T631, V664 and I667. F114, D116, C118 and L121 may define the first interaction segment. N138, Q142, I145 and P148 may define a second interaction segment. E545, S562 and S566 may define a third interaction segment. F597, D601, W602, K604 and E606 define the fourth interaction segment. V664 and I667 may define a fifth interaction segment.

Необязательно, пептид или полипептид может включать один, два, три, четыре или пять аминокислотных замен по сравнению с эталонной последовательностью, т.е. последовательностью SEQ ID NO: 1Optionally, the peptide or polypeptide may include one, two, three, four or five amino acid substitutions compared to the reference sequence, i. sequence SEQ ID NO: 1

- 6 040194 для пептидов, полученных из ALMS1, SEQ ID NO: 4 для пептидов, полученных из aPKC, и SEQ ID NO:- 6 040194 for peptides derived from ALMS1, SEQ ID NO: 4 for peptides derived from aPKC and SEQ ID NO:

или 3 для пептидов, полученных из TBC1D4.or 3 for peptides derived from TBC1D4.

Пептид или полипептид может дополнительно содержать часть, облегчающую его поглощение клеткой или вход в клетку, в частности PTD (домен белковой трансдукции). PTD обычно содержит определенную последовательность из 10-20 аминокислот (Matsushita and Matsui, (2005), J. Mol. Med. 83, 324328; Vives et al., Biochimic et Biophysica Acta, 2008, 1786, 126-138). PTD в основном состоит из основных аминокислот, таких как аргинин или лизин, и типичные примеры PTD включают аргинин-богатые пептиды, такие как полиR8 (RRRRRRRR) или (RRPRRPRRPRRPRRP), пептид антеннапедия или пенетратин, такой как (RQIKIWFQNRRMKWKK) или HIV-Tat (YGRKKRRQRRR).The peptide or polypeptide may further comprise a moiety that facilitates its uptake by the cell or entry into the cell, in particular a PTD (Protein Transduction Domain). A PTD typically contains a defined sequence of 10-20 amino acids (Matsushita and Matsui, (2005), J. Mol. Med. 83, 324328; Vives et al., Biochimic et Biophysica Acta, 2008, 1786, 126-138). PTD is primarily composed of basic amino acids such as arginine or lysine, and typical examples of PTD include arginine-rich peptides such as polyR 8 (RRRRRRRR) or (RRPRRRPRRPRRPRRP), antennapedia peptide or penetratin such as (RQIKIWFQNRRMKWKK) or HIV-Tat (YGRKKRRQRRR).

В конкретном аспекте молекула представляет собой антитело, фрагмент или его производное.In a particular aspect, the molecule is an antibody, fragment, or derivative thereof.

Пептид или полипептид может содержать природные аминокислоты и/или неприродные аминокислоты. Неприродные аминокислоты предназначены для обозначения аналога или производного природной аминокислоты (т.е. Ala, Val, Gly, Leu, Ile, Lys, Arg, Glu, Gln, Asp, Asn, His, Tyr, Phe, Trp, Ser, Pro, Thr, Cys, Met). Они имеют модифицированную боковую цепь, например, более короткую, длинную или с другими функциональными группами. Рассматриваются изомеры D и L, в частности, потому, что изомеры D не чувствительны к действию протеаз. Кроме того, модификации некоторых или всех пептидных связей также рассматриваются для увеличения сопротивлению протеолиза, в частности, с помощью (-CO-NH-) с помощью (-CH2-NH-), (-NH-CO-), (-CH2-O-), (-CH2-S-), (-СН2-СН2-), (-CO-CH2-), (-СНОНСН2-), (-N=N-) и/или (-СН=СН-). Пептид может представлять карбоксильный С-конец (-СОО-) и амидный конец (-CONH2). Пептид также может быть последовательностью D-ретро-инверсопептида, описанного в данном документе. N-конец может быть изменен, в частности, ацетильным радикалом. Необязательно, пептид или полипептид может быть пегилированным для повышения стабильности. В качестве альтернативы этот пептид может быть модифицирован для того, чтобы сделать из него сшитый пептид. Термин сшитый пептид, используемый в данном описании, относится к искусственно модифицированному пептиду, в котором структура стабилизирована одним или несколькими искусственными молекулярными мостиками (перекрестные связи), которые соединяют прилегающие витки α-спиралей в пептиде. Методики получения сшитых пептидов были широко рассмотрены, например, в Verdine & Hilinski (2012, Methods Enzymol, 503, 3-33), WO 10033617 и WO 10011313, описание которых включено в данный документ в виде ссылки).The peptide or polypeptide may contain natural amino acids and/or non-natural amino acids. Non-natural amino acids are intended to refer to an analogue or derivative of a naturally occurring amino acid (i.e. Ala, Val, Gly, Leu, Ile, Lys, Arg, Glu, Gln, Asp, Asn, His, Tyr, Phe, Trp, Ser, Pro, Thr , Cys, Met). They have a modified side chain, such as shorter, longer, or with other functional groups. The D and L isomers are considered, in particular because the D isomers are insensitive to the action of proteases. In addition, modifications to some or all of the peptide bonds are also considered to increase resistance to proteolysis, in particular with (-CO-NH-) with (-CH2-NH-), (-NH-CO-), (-CH2- O-), (-CH2-S-), (-CH2-CH2-), (-CO-CH2-), (-CHOHCH 2 -), (-N=N-) and/or (-CH=CH -). The peptide may represent a carboxyl C-terminus (-COO - ) and an amide terminus (-CONH2). The peptide may also be a D-retro inversopeptide sequence as described herein. The N-terminus may be modified, in particular with an acetyl radical. Optionally, the peptide or polypeptide may be pegylated to improve stability. Alternatively, this peptide can be modified to make it a cross-linked peptide. The term cross-linked peptide as used herein refers to an artificially modified peptide in which the structure is stabilized by one or more artificial molecular bridges (crosslinks) that connect adjacent turns of α-helices in the peptide. Techniques for the preparation of cross-linked peptides have been widely discussed, for example, in Verdine & Hilinski (2012, Methods Enzymol, 503, 3-33), WO 10033617 and WO 10011313, the description of which is incorporated herein by reference).

Настоящее изобретение также относится к фармацевтической композиции, содержащей пептид, определенный выше, и фармацевтически приемлемый носитель/эксципиент. Оно также относится к пептиду, определенному выше, для применения в качестве лекарственного средства или к применению пептида, определенному выше, для изготовления лекарственного средства.The present invention also relates to a pharmaceutical composition comprising a peptide as defined above and a pharmaceutically acceptable carrier/excipient. It also refers to a peptide as defined above for use as a medicament, or to the use of a peptide as defined above for the manufacture of a medicament.

В ином воплощении молекула представляет собой антитело, его фрагмент или его производное. Используемый в данном описании термин антитело и иммуноглобулин имеют одинаковое значение и используются одинаково в настоящем изобретении. Термин антитело относится к молекулам иммуноглобулинов и иммунологически активным частям молекул иммуноглобулина, т.е. молекулам, которые содержат антиген-связывающий сайт, который иммуноспецифически связывается с антигеном. Антитела включают любые антитела, предпочтительно моноклональные. Они могут быть, например, IgG (иммуноглобулин G) или VHH (вариабельный домен тяжелой цепи антитела из верблюдовых). Антитела, их фрагменты или производные включают фрагменты Fab, Fab', F(ab')2, ScFv, (ScFv)2, Dab, фрагменты гипервариабельных участков (CDR), линейные антитела, молекулы одноцепочечных антител, минитела, димеры и мультиспецифические антитела, образованные из фрагментов антител.In another embodiment, the molecule is an antibody, fragment or derivative thereof. Used in this description, the terms antibody and immunoglobulin have the same meaning and are used in the same way in the present invention. The term antibody refers to immunoglobulin molecules and immunologically active portions of immunoglobulin molecules, i.e. molecules that contain an antigen-binding site that immunospecifically binds to an antigen. Antibodies include any antibody, preferably monoclonal. They can be, for example, IgG (Immunoglobulin G) or VHH (Camelid antibody heavy chain variable domain). Antibodies, fragments or derivatives thereof include Fab, Fab', F(ab') 2 , ScFv, (ScFv) 2 , Dab fragments, hypervariable region (CDR) fragments, linear antibodies, single chain antibody molecules, minibodies, dimers and multispecific antibodies, formed from antibody fragments.

Антитела, фрагменты или производные могут блокировать взаимодействие между ALMS1 и aPKC. Предпочтительно, если они не оказывают никакого влияния на взаимодействие между ALMS1 и TBC1D4 или оказывают влияние, усиливающее взаимодействие.Antibodies, fragments or derivatives can block the interaction between ALMS1 and aPKC. Preferably, if they do not have any effect on the interaction between ALMS1 and TBC1D4 or have an effect that enhances the interaction.

В первом воплощении изобретения антитело является специфическим к ALMS1. В частности, эпитоп антитела содержит один или несколько из остатков ALMS1, вовлеченных во взаимодействие с aPKC, в частности один или несколько остатков, выбранных из перечня, состоящего из Е17, D58, S59, G62, Н65, L66, Q736, Т737, Е738, D828, S829, Т1088, D1089, А1169, Q1170, F2882, L2883 и Е2884.In a first embodiment of the invention, the antibody is specific for ALMS1. In particular, the antibody epitope contains one or more of the ALMS1 residues involved in interaction with aPKC, in particular one or more residues selected from the list consisting of E17, D58, S59, G62, H65, L66, Q736, T737, E738, D828, S829, T1088, D1089, A1169, Q1170, F2882, L2883 and E2884.

В ином случае антитело является специфическим для aPKC. В частности, эпитоп антитела содержит один или несколько из числа остатков aPKC, участвующих во взаимодействии с ALMS1, в частности один или несколько остатков, выбранных из перечня, состоящего из F114, D116, С118, L121, N138, Q142, I145, Р148, G433, Е545, S562, S566, F597, D601, W602, K604, Е606, G620, Т631, V664 и I667.Otherwise, the antibody is specific for aPKC. In particular, the antibody epitope contains one or more of the aPKC residues involved in interaction with ALMS1, in particular one or more residues selected from the list consisting of F114, D116, C118, L121, N138, Q142, I145, P148, G433 , E545, S562, S566, F597, D601, W602, K604, E606, G620, T631, V664 and I667.

Такие антитела могут быть получены иммунизацией млекопитающих, не являющихся человеком, иммуногенными пептидами или белками, содержащими один или несколько остатков, определенных в качестве участвующих во взаимодействии между ALMS1 и aPKC. В качестве альтернативы может быть получена и подвергнута скринингу библиотека антител. Полученные антитела, фрагменты или производные затем подвергают скринингу на предмет их способности связывать один из взаимодействующих партнеров и/или их способности предотвращать, ингибировать или блокировать взаимодействие между ALMS1 и aPKC. Кроме того, как ранее указано, антитела, фрагменты или производные могут быть до- 7 040194 полнительно подвергнуты скринингу на их способность модулировать взаимодействие между TBC1D4 иSuch antibodies can be prepared by immunizing non-human mammals with immunogenic peptides or proteins containing one or more residues identified as being involved in the interaction between ALMS1 and aPKC. Alternatively, an antibody library can be generated and screened. The resulting antibodies, fragments or derivatives are then screened for their ability to bind one of the interacting partners and/or their ability to prevent, inhibit or block the interaction between ALMS1 and aPKC. In addition, as previously indicated, antibodies, fragments or derivatives can be further screened for their ability to modulate the interaction between TBC1D4 and

ALMS1 и отобраны, если они увеличивают или усиливают взаимодействие.ALMS1 and selected if they increase or enhance the interaction.

Антитела, фрагменты или производные могут усилить взаимодействие между ALMS1 и TBC1D4.Antibodies, fragments or derivatives can enhance the interaction between ALMS1 and TBC1D4.

Предпочтительно они оказывают блокирующее влияние на взаимодействие между ALMS1 и aPKC.Preferably they have a blocking effect on the interaction between ALMS1 and aPKC.

В первом воплощении изобретения антитело является специфическим к ALMS1. В частности, эпитоп антитела включает один или несколько из остатков ALMS1, участвующих во взаимодействии с TBC1D4, в частности один или несколько остатков, выбранных из перечня, состоящего из Н65, L66 и S2879.In a first embodiment of the invention, the antibody is specific for ALMS1. In particular, the antibody epitope includes one or more of the ALMS1 residues involved in interaction with TBC1D4, in particular one or more residues selected from the list consisting of H65, L66 and S2879.

В ином случае антитело является специфическим к TBC1D4. В частности, эпитоп антитела содержит один или несколько из остатков TBC1D4, вовлеченных во взаимодействие с ALMS1, в частности один или несколько остатков, выбранных из перечня, состоящего из G75, А76, Р77, А78, R80, Е81, V82 и I83.Otherwise, the antibody is specific for TBC1D4. In particular, the antibody epitope contains one or more of the TBC1D4 residues involved in interaction with ALMS1, in particular one or more residues selected from the list consisting of G75, A76, P77, A78, R80, E81, V82 and I83.

Такие антитела могут быть получены иммунизацией млекопитающих, отличных от человека, иммуногенными пептидами или белками, содержащими один или несколько остатков, определенных в качестве участвующих во взаимодействии между ALMS1 и TBC1D4. В качестве альтернативы может быть представлена и подвергнута скринингу библиотека антител. Полученные антитела, фрагменты или производные затем подвергают скринингу на предмет их способности связывать один из взаимодействующих партнеров и/или их способности усиливать или увеличивать взаимодействие между ALMS1 и TBC1D4. Кроме того, как ранее указано, антитела, фрагменты или производные могут быть дополнительно подвергнуты скринингу на их способность модулировать взаимодействие между aPKC и ALMS1 и отобраны, если они уменьшают или блокируют взаимодействие.Such antibodies can be produced by immunizing non-human mammals with immunogenic peptides or proteins containing one or more residues identified as being involved in the interaction between ALMS1 and TBC1D4. Alternatively, an antibody library can be presented and screened. The resulting antibodies, fragments or derivatives are then screened for their ability to bind one of the interacting partners and/or their ability to enhance or increase the interaction between ALMS1 and TBC1D4. In addition, as previously indicated, antibodies, fragments or derivatives can be further screened for their ability to modulate the interaction between aPKC and ALMS1 and selected if they reduce or block the interaction.

Получение моноклональных или поликлональных антител хорошо известно в данной области, и любые из множества доступных методов могут быть использованы (см., например, Kohler & Milstein, Nature 256:495-497 (1975); Kozbor et al., Immunology Today 4: 72 (1983); Cole et al., pp. 77-96 in Monoclonal Antibodies and Cancer Therapy (1985)). Методы получения одноцепочечных антител (патент США № 4946778), могут быть адаптированы для получения антител к искомым полипептидам. Кроме того, трансгенные мыши или другие организмы, такие как другие млекопитающие, могут быть использованы для экспрессии гуманизированных, химерных или аналогичным образом модифицированных антител. В качестве альтернативы может быть использована технология фагового дисплея для идентификации антител и гетеромерных фрагментов Fab, специфически связывающихся с выбранными антигенами (см., например, McCafferty et al., Nature 348:552-554 (1990); Marks et al., Biotechnology 10:779-783 (1992)).The production of monoclonal or polyclonal antibodies is well known in the art, and any of a variety of available methods can be used (see, for example, Kohler & Milstein, Nature 256:495-497 (1975); Kozbor et al., Immunology Today 4: 72 (1983); Cole et al., pp. 77-96 in Monoclonal Antibodies and Cancer Therapy (1985)). Methods for obtaining single-chain antibodies (US patent No. 4946778), can be adapted to obtain antibodies to the desired polypeptides. In addition, transgenic mice or other organisms, such as other mammals, can be used to express humanized, chimeric, or similarly modified antibodies. Alternatively, phage display technology can be used to identify antibodies and heteromeric Fab fragments specifically binding to selected antigens (see, for example, McCafferty et al., Nature 348:552-554 (1990); Marks et al., Biotechnology 10 :779-783 (1992)).

Для аптамеров и шпигельмеров подобные способы могут быть использованы для отбора аптамеров и шпигельмеров. Эти способы хорошо известны специалистам в данной области.For aptamers and spiegelmers, similar methods can be used to select aptamers and spiegelmers. These methods are well known to those skilled in the art.

Используемый в данном документе термин аптамеры означает молекулу нуклеиновой кислоты или пептид, способные связывать ALMS1, aPKC или TBC1D4. Она относится к классу молекул, который представляет собой альтернативу антител в области молекулярного распознавания. Аптамеры являются олигонуклеотидными или олигопептидными последовательностями, обладающими способностью распознавать практически любой класс молекул-мишеней с высоким сродством и специфичностью.As used herein, the term aptamers refers to a nucleic acid molecule or peptide capable of binding ALMS1, aPKC, or TBC1D4. It belongs to a class of molecules that represents an alternative to antibodies in the field of molecular recognition. Aptamers are oligonucleotide or oligopeptide sequences capable of recognizing virtually any class of target molecules with high affinity and specificity.

Такие лиганды могут быть выделены с помощью систематической эволюции лигандов экспоненциальным обогащением (SELEX) из библиотеки случайных последовательностей, как описано в Tuerk С. and Gold L., Science, 1990, 249(4968): 505-10. Библиотека случайных последовательностей может быть получена путем комбинаторного химического синтеза ДНК. В этой библиотеке каждый элемент представляет собой линейный олигомер, в конечном счете, химически модифицированный, с уникальной последовательностью. Возможные модификации, применения и преимущества этого класса молекул были рассмотрены в Jayasena S.D., Clin. Chem., 1999, 45(9): 1628-50.Such ligands can be isolated using systematic exponential enrichment ligand evolution (SELEX) from a library of random sequences as described in Tuerk C. and Gold L., Science, 1990, 249(4968): 505-10. A library of random sequences can be obtained by combinatorial chemical synthesis of DNA. In this library, each element is a linear oligomer, ultimately chemically modified, with a unique sequence. Possible modifications, applications and advantages of this class of molecules have been discussed in Jayasena S. D., Clin. Chem., 1999, 45(9): 1628-50.

Пептидные аптамеры состоят из вариабельной области антитела с зафиксированной конформацией, экспонируемой белковой платформой, такой как тиоредоксин A E.coli, которые выбраны из комбинаторных библиотек, дигибридными способами (Colas et al., Nature, 1996, 380, 548-50).Peptide aptamers consist of a fixed-conformation antibody variable region exposed to a protein platform such as E. coli thioredoxin A, which are selected from combinatorial libraries, by dihybrid methods (Colas et al., Nature, 1996, 380, 548-50).

Шпигельмеры были описаны, например, в публикации WO 98/08856. Они представляют собой молекулы, подобные аптамерам. Однако шпигельмеры состоят полностью или в основном из Lнуклеотидов, а не D-нуклеотидов в отличие от аптамеров. В других отношениях, в частности в отношении возможных длин шпигельмеров, к шпигельмерам относится то же, что и описанное для аптамеров.Spiegelmers have been described, for example, in WO 98/08856. They are molecules similar to aptamers. However, Spiegelmers are composed entirely or mainly of L-nucleotides, and not of D-nucleotides, in contrast to aptamers. In other respects, in particular with regard to possible lengths of spiegelmers, the same applies to spiegelmers as described for aptamers.

Химические соединения относятся к молекулам менее чем около 1500 Да, 1000 Да, 800 Да или даже менее чем около 500 Да, в частности к органическим или неорганическим соединениям. Структурный дизайн в области химии должен помочь найти такую молекулу. Молекула может быть идентифицирована с помощью способа скрининга, описанного в настоящем изобретении.Chemical compounds refer to molecules of less than about 1500 Da, 1000 Da, 800 Da, or even less than about 500 Da, in particular organic or inorganic compounds. Structural design in chemistry should help find such a molecule. The molecule can be identified using the screening method described in the present invention.

Синтетические библиотеки соединений коммерчески доступны от ряда компаний, в том числе Maybridge Chemical Co. (Тревиллет, Корнуэл, Великобритания), Comgenex (Принстон, Нью-Джерси), Brandon Associates (Мерримак,Нью-Гемпшир) и Microsource (Нью-Милфорд, Коннектикут). Комбинаторные библиотеки доступны или могут быть получены в соответствии с известными методами синтеза. В ином случае библиотеки природных соединений в виде экстрактов бактерий, грибов, растений и животныхSynthetic compound libraries are commercially available from a number of companies, including Maybridge Chemical Co. (Trevillet, Cornwall, UK), Comgenex (Princeton, New Jersey), Brandon Associates (Merrimack, New Hampshire) and Microsource (New Milford, Connecticut). Combinatorial libraries are available or can be prepared according to known synthetic methods. Otherwise, libraries of natural compounds in the form of extracts of bacteria, fungi, plants and animals

- 8 040194 можно приобрести, например, у Pan Laboratories (Ботелл, Вашингтон) и MycoSearch (Северная Каролина), можно либо легко получить способами, хорошо известными в данной области.- 8 040194 is available from, for example, Pan Laboratories (Bothell, Wash.) and MycoSearch (North Carolina), or can be readily obtained by methods well known in the art.

Кроме того, природные и синтетически произведенные библиотеки и соединения могут быть дополнительно модифицированы с помощью обычных химических и биохимических методов.In addition, natural and synthetically produced libraries and compounds can be further modified using conventional chemical and biochemical methods.

Молекула может быть ковалентно или нековалентно связана с группой, нацеленной на соответствующие ткани, предпочтительно на жировую ткань, или с группой, облегчающей проникновение молекулы в клетки.The molecule can be covalently or non-covalently linked to a group that targets appropriate tissues, preferably adipose tissue, or to a group that facilitates the entry of the molecule into cells.

Терапевтические показания.Therapeutic indications.

Авторы предлагают использовать молекулы, описанные в данном документе, для увеличения поглощения глюкозы, в частности, адипоцитами, посредством чего будет осуществляться регуляция и контроль уровня глюкозы в крови. В этом случае молекулы пригодны для лечения или замедления прогрессирования или отсрочки возникновения сахарного диабета, резистентности к инсулину, диабетической ретинопатии, диабетической невропатии, диабетической нефропатии, резистентности к инсулину, гипергликемии, ожирения и гиперинсулинемии.The authors propose to use the molecules described in this document to increase the uptake of glucose, in particular by adipocytes, whereby the regulation and control of blood glucose levels will be carried out. In this case, the molecules are useful for treating or slowing the progression or delaying the onset of diabetes mellitus, insulin resistance, diabetic retinopathy, diabetic neuropathy, diabetic nephropathy, insulin resistance, hyperglycemia, obesity and hyperinsulinemia.

Сахарный диабет характеризуется гипергликемией. Более конкретно, диабет 2 типа характеризуется гипергликемией и резистентностью к инсулину. Ожирение считается главной причиной диабета 2 типа у людей, которые генетически предрасположены к этому заболеванию. Диабетическая ретинопатия, диабетическая невропатия, диабетическая нефропатия - хорошо известные расстройства, связанные с диабетом и резистентностью к инсулину.Diabetes mellitus is characterized by hyperglycemia. More specifically, type 2 diabetes is characterized by hyperglycemia and insulin resistance. Obesity is considered the main cause of type 2 diabetes in people who are genetically predisposed to the disease. Diabetic retinopathy, diabetic neuropathy, diabetic nephropathy are well known disorders associated with diabetes and insulin resistance.

В этом случае уменьшением гликемии за счет увеличения потребления глюкозы можно лечить или замедлять прогресс или предотвращать возникновение этих заболеваний.In this case, reducing glycemia by increasing glucose intake can treat or slow the progress or prevent the occurrence of these diseases.

Настоящее изобретение относится также к молекулам по настоящему изобретению для применения для снижения дозы инсулина или прекращения приема инсулина, при использовании для лечения диабета у объекта, для применения молекул по настоящему изобретению для получения лекарственного средства для снижения дозы инсулина или прекращения приема инсулина, при использовании для лечения диабета у объекта или к способу лечения диабета у объекта, в котором терапевтически эффективное количество молекулы по изобретению вводят объекту с пониженной дозой инсулина или в отсутствие приема инсулина. В более общем смысле его можно применять для снижения дозы антидиабетических препаратов.The present invention also relates to molecules of the present invention for use in reducing or stopping insulin doses, when used to treat diabetes in a subject, for using the molecules of the present invention in preparing a medicament for reducing or stopping insulin doses, when used for treatment of diabetes in a subject, or a method of treating diabetes in a subject, wherein a therapeutically effective amount of a molecule of the invention is administered to the subject with a reduced dose of insulin or in the absence of insulin. More generally, it can be used to reduce the dose of antidiabetic drugs.

Лечить или лечение подразумевают, что болезнь подвергается лечению, облегчению или замедлению. Это включает профилактическое или радикальное лечение. Термин лечение означает, в частности, коррекцию, задержку или восстановление нарушенного гомеостаза глюкозы. Термин лечение также означает улучшение усвоения глюкозы (например, захват глюкозы адипоцитами). В контексте настоящего изобретения термины контроль за уровнем глюкозы в крови или контроль уровня глюкозы в крови относятся к нормализации или регуляции уровня глюкозы в крови или плазме у объектамлекопитающего, имеющего аномальные уровни (например, уровни которые находятся ниже или выше известного эталона, медианы или среднего значения для соответствующего объекта-млекопитающего с нормальным гомеостазом глюкозы).To treat or cure means that the disease is cured, alleviated or slowed down. This includes preventive or curative treatment. The term treatment means, in particular, the correction, delay or restoration of disturbed glucose homeostasis. The term treatment also means improving glucose uptake (eg, uptake of glucose by adipocytes). In the context of the present invention, the terms blood glucose control or blood glucose control refers to the normalization or regulation of blood or plasma glucose levels in a mammalian subject having abnormal levels (e.g., levels that are below or above a known reference, median, or mean). for the corresponding mammalian subject with normal glucose homeostasis).

Настоящее изобретение относится к фармацевтическому или ветеринарному применению молекулы. Соответственно, объект может быть любым млекопитающим, предпочтительно человеком, например, взрослым или ребенком. В конкретном воплощении объектом является объект, страдающий от ожирения. Необязательно, объект не имеет выявляемых антиостровковых антител, и ультразвуковое исследование не выявляет у него панкреатических нарушений. В контексте ветеринарного применения объект может быть животным, предпочтительно млекопитающим, в частности домашним животным, например, собакой, кошкой или лошадью.The present invention relates to the pharmaceutical or veterinary use of the molecule. Accordingly, the subject may be any mammal, preferably a human, such as an adult or a child. In a particular embodiment, the subject is an obese subject. Optionally, the subject does not have detectable anti-islet antibodies, and ultrasound does not reveal pancreatic disorders. In the context of a veterinary application, the subject may be an animal, preferably a mammal, in particular a pet such as a dog, cat or horse.

Молекулы в соответствии с изобретением могут быть использованы в комбинации с одним или несколькими дополнительными активными препаратами, предпочтительно антидиабетическими лекарственными средствами, в частности, для лечения или замедления прогрессирования или отсрочки возникновения сахарного диабета, резистентности к инсулину, диабетической ретинопатии, диабетической невропатии, диабетической нефропатии, резистентности к инсулину, гипергликемии, ожирения и гиперинсулинемии.The molecules according to the invention can be used in combination with one or more additional active drugs, preferably anti-diabetic drugs, in particular for the treatment or slowing the progression or delaying the onset of diabetes mellitus, insulin resistance, diabetic retinopathy, diabetic neuropathy, diabetic nephropathy, insulin resistance, hyperglycemia, obesity and hyperinsulinemia.

Таким образом, настоящее изобретение также относится к фармацевтической композиции, включающей молекулу по настоящему изобретению, а также одно или несколько дополнительных активных лекарственных средств, предпочтительно антидиабетическое лекарственное средство.Thus, the present invention also relates to a pharmaceutical composition comprising a molecule of the present invention as well as one or more additional active drugs, preferably an antidiabetic drug.

Оно также относится к продукту или набору, содержащему молекулу по изобретению и одно или несколько дополнительных активных лекарственных средств, предпочтительно антидиабетических лекарственных средств, в виде комбинированного препарата для одновременного, раздельного или последовательного применения или в виде комбинированного препарата, который содержит молекулу согласно по настоящему изобретению и одно или несколько дополнительных активных лекарственных средств, предпочтительно антидиабетических препаратов, для одновременного, раздельного или последовательного применения, в частности, для лечения или замедления прогрессирования или отсрочки возникновения сахарного диабета, резистентности к инсулину, диабетической ретинопатии, диабетической невропа- 9 040194 тии, диабетической нефропатии, резистентности к инсулину, гипергликемии, ожирения и гиперинсулинемии.It also refers to a product or kit containing a molecule according to the invention and one or more additional active drugs, preferably anti-diabetic drugs, in the form of a combined preparation for simultaneous, separate or sequential use, or in the form of a combination preparation, which contains a molecule according to the present invention. and one or more additional active drugs, preferably antidiabetic drugs, for simultaneous, separate or sequential use, in particular for the treatment or slowing the progression or delaying the onset of diabetes mellitus, insulin resistance, diabetic retinopathy, diabetic neuropathy, diabetic nephropathy, insulin resistance, hyperglycemia, obesity and hyperinsulinemia.

Оно относится к молекуле по настоящему изобретению для применения при лечении или замедлении прогрессирования или отсрочки возникновения сахарного диабета, резистентности к инсулину, диабетической ретинопатии, диабетической невропатии, диабетической нефропатии, резистентности к инсулину, гипергликемии, ожирения и гиперинсулинемии в комбинации с одним или несколькими дополнительными активными лекарственными средствами, предпочтительно антидиабетическими лекарственными средствами.It relates to a molecule of the present invention for use in treating or slowing the progression or delaying the onset of diabetes mellitus, insulin resistance, diabetic retinopathy, diabetic neuropathy, diabetic nephropathy, insulin resistance, hyperglycemia, obesity and hyperinsulinemia in combination with one or more additional active drugs, preferably anti-diabetic drugs.

Оно также относится к применению молекулы по изобретению и одного или нескольких дополнительных активных лекарственных средств, предпочтительно антидиабетические лекарственных средств, для получения лекарственного средства, в частности, для лечения или задержки прогрессирования или отсрочки возникновения сахарного диабета, резистентности к инсулину, диабетической ретинопатии, диабетической невропатии, диабетической нефропатии, резистентности к инсулину, гипергликемии, ожирения и гиперинсулинемии.It also relates to the use of a molecule according to the invention and one or more additional active drugs, preferably antidiabetic drugs, for the preparation of a medicament, in particular for the treatment or delay of the progression or delay of the onset of diabetes mellitus, insulin resistance, diabetic retinopathy, diabetic neuropathy. , diabetic nephropathy, insulin resistance, hyperglycemia, obesity and hyperinsulinemia.

И, наконец, настоящее изобретение относится к способу лечения или замедления прогрессирования или отсрочки возникновения сахарного диабета, резистентности к инсулину, диабетической ретинопатии, диабетической невропатии, диабетической нефропатии, резистентности к инсулину, гипергликемии, ожирения и гиперинсулинемии, в котором терапевтически эффективное количество молекулы по настоящему изобретению вводят в комбинации с терапевтическим или субтерапевтическим эффективным количеством одного или нескольких дополнительных активных лекарственных средств, предпочтительно антидиабетических лекарственных средств. Субтерапевтический предназначен для обозначения количества, которое может составлять, например, 90, 80, 70, 60, 50, 40, 30, 20 или 10% от обычной терапевтической дозы (в частности, для тех же показаний и для тех же путей введения).Finally, the present invention relates to a method for treating or slowing the progression or delaying the onset of diabetes mellitus, insulin resistance, diabetic retinopathy, diabetic neuropathy, diabetic nephropathy, insulin resistance, hyperglycemia, obesity, and hyperinsulinemia, wherein a therapeutically effective amount of a molecule of the present invention of the invention is administered in combination with a therapeutic or subtherapeutic effective amount of one or more additional active drugs, preferably anti-diabetic drugs. Sub-therapeutic is intended to mean an amount that may be, for example, 90, 80, 70, 60, 50, 40, 30, 20 or 10% of the usual therapeutic dose (in particular, for the same indications and for the same routes of administration).

В частности, дополнительное активное лекарственное средство представляет собой лекарственное средство, используемое для лечения или замедления прогрессирования или отсрочки возникновения сахарного диабета, резистентности к инсулину, диабетической ретинопатии, диабетической невропатии, диабетической нефропатии, резистентности к инсулину, гипергликемии, ожирения и гиперинсулинемии. Например, дополнительное лекарственное средство может быть антидиабетическим лекарственным средством, таким как гипогликемическое средство или антигипергликемический агент. Оно может быть выбрано из неисчерпывающего перечня, включающего инсулин, метформин, сульфонилмочевины, такие как толбутамид, ацетогексамид, толазамид, хлорпропамид, глибенкламид (также называемый глибенкламид), глимепирид, глипизид, гликлазид, гликопирамид и глихидон, ингибиторы α-глюкозидазы, такие как акарбоза, миглитол и воглибоза, тиазолидиндионы, такие как пиоглитазон и розиглитазон, меглитинид, такой как репаглинид и натеглинид, инкретиновые миметики, аналоги и агонисты глюкагонподобного пептида, такие как эксенатид, таспоглютид и лираглютид, ингибиторы дипептидилпептидазы4, такие как вилдаглиптин, ситаглиптин, саксаглиптин, линаглиптин, аллоглиптин и септаглиптин, аналоги амилина, такие как памлинтид, ингибиторы SGLT2, такие как канаглифлозин и дапаглифлозин, или любой их комбинации.In particular, the additional active drug is a drug used to treat or slow the progression or delay the onset of diabetes mellitus, insulin resistance, diabetic retinopathy, diabetic neuropathy, diabetic nephropathy, insulin resistance, hyperglycemia, obesity, and hyperinsulinemia. For example, the additional drug may be an antidiabetic drug such as a hypoglycemic agent or an antihyperglycemic agent. It may be selected from a non-exhaustive list including insulin, metformin, sulfonylureas such as tolbutamide, acetohexamide, tolazamide, chlorpropamide, glibenclamide (also called glibenclamide), glimepiride, glipizide, gliclazide, glycopyramide and glichidone, α-glucosidase inhibitors such as acarbose , miglitol and voglibose, thiazolidinediones such as pioglitazone and rosiglitazone, meglitinide such as repaglinide and nateglinide, incretin mimetics, glucagon-like peptide analogs and agonists such as exenatide, taspoglutide and liraglutide, dipeptidyl peptidase4 inhibitors such as vildagliptin, sitagliptin, saxagliptin , allogliptin and septagliptin, amylin analogs such as pamlintide, SGLT2 inhibitors such as canagliflozin and dapagliflozin, or any combination thereof.

Форма фармацевтических композиций, способ введения, дозировка и режим, естественно, зависят от состояния, подлежащего лечению, тяжести заболевания, возраста, массы и пола пациента и т.д.The form of the pharmaceutical compositions, route of administration, dosage and regimen will naturally depend on the condition to be treated, the severity of the disease, the age, weight and sex of the patient, and so on.

Фармацевтические или терапевтические композиции по настоящему изобретению могут быть приготовлены для местного, перорального, парентерального, интраназального, внутривенного, внутримышечного, подкожного или внутриглазного введения и т.д.Pharmaceutical or therapeutic compositions of the present invention may be formulated for topical, oral, parenteral, intranasal, intravenous, intramuscular, subcutaneous or intraocular administration, etc.

Молекула, используемая в фармацевтической композиции по настоящему изобретению, присутствует в терапевтически эффективном количестве. Термин терапевтически эффективное количество, используемое в настоящей заявке, означает то количество терапевтического средства, вводимого пациенту, которого достаточно для лечения сахарного диабета, резистентности к инсулину, диабетической ретинопатии, диабетической невропатии, диабетической нефропатии, резистентности к инсулину, гипергликемии, ожирения, гиперинсулинемии, как это определено выше.The molecule used in the pharmaceutical composition of the present invention is present in a therapeutically effective amount. The term "therapeutically effective amount" as used herein means that amount of a therapeutic agent administered to a patient that is sufficient to treat diabetes mellitus, insulin resistance, diabetic retinopathy, diabetic neuropathy, diabetic nephropathy, insulin resistance, hyperglycemia, obesity, hyperinsulinemia, such as it is defined above.

Фармацевтическая композиция, содержащая молекулу, формулируется в соответствии со стандартной фармацевтической практикой (Lippincott Williams & Wilkins, 2000 and Encyclopedia of Pharmaceutical Technology, eds. J. Swarbrick and J.C. Boylan, 1988-1999, Marcel Dekker, New York), известной специалисту в данной области.The pharmaceutical composition containing the molecule is formulated in accordance with standard pharmaceutical practice (Lippincott Williams & Wilkins, 2000 and Encyclopedia of Pharmaceutical Technology, eds. J. Swarbrick and J.C. Boylan, 1988-1999, Marcel Dekker, New York), known to those skilled in the art. areas.

Для перорального введения композиция может быть приготовлена в виде обычных пероральных лекарственных форм, таких как таблетки, капсулы, порошки, гранулы и жидкие препараты, такие как сиропы, эликсиры и концентрированные капли. Могут быть использованы нетоксичные твердые носители или разбавители, которые включают, например, фармацевтические сорта маннита, лактозу, крахмал, стеарат магния, сахарин натрия, тальк, целлюлозу, глюкозу, сахарозу, карбонат магния и т.п. Для прессованных таблеток связующие вещества, которые представляют собой агенты, придающие когезионные свойства порошковым материалам, также необходимы. Так, например, крахмал, желатин, сахара, такие как лактоза или декстроза, и природные или синтетические смолы могут быть использованы в качестве связующих веществ. Разрыхлители также необходимы в таблетках для облегчения разламывания таблет- 10 040194 ки. Разрыхлители включают крахмалы, глины, целлюлозы, альгины, камеди и поперечно-сшитые полимеры. Кроме того, смазочные материалы и вещества, способствующие скольжению, также включают в таблетки для того, чтобы предотвратить прилипание таблеточного материала к поверхности в процессе производства и для улучшения характеристик текучести порошкового материала в процессе производства. Коллоидный диоксид кремния, наиболее часто используется в качестве вещества, способствующего скольжению, а соединения, такие как тальк или стеариновая кислота, наиболее часто используются в качестве смазочных материалов.For oral administration, the composition may be formulated into conventional oral dosage forms such as tablets, capsules, powders, granules and liquid preparations such as syrups, elixirs and concentrated drops. Non-toxic solid carriers or diluents may be used, which include, for example, pharmaceutical grade mannitol, lactose, starch, magnesium stearate, sodium saccharin, talc, cellulose, glucose, sucrose, magnesium carbonate, and the like. For compressed tablets, binders, which are agents that impart cohesive properties to powder materials, are also needed. For example, starch, gelatin, sugars such as lactose or dextrose, and natural or synthetic gums can be used as binders. Disintegrants are also needed in tablets to facilitate breaking the tablets. Disintegrants include starches, clays, celluloses, algins, gums, and cross-linked polymers. In addition, lubricants and glidants are also included in the tablets in order to prevent the tablet material from sticking to the surface during production and to improve the flow characteristics of the powder material during production. Colloidal silica is most commonly used as a lubricant, and compounds such as talc or stearic acid are most commonly used as lubricants.

Для чрескожного введения композиция может быть приготовлена в виде мази, крема или гелевой формы, и соответствующие проникающие вещества или детергенты могут быть использованы для облегчения проникновения, например диметилсульфоксид, диметилацетамид и диметилформамид.For transdermal administration, the composition may be formulated as an ointment, cream or gel form and appropriate penetrating agents or detergents may be used to facilitate penetration, for example dimethyl sulfoxide, dimethylacetamide and dimethylformamide.

Для введения через слизистую могут быть использованы назальные спреи, ректальные или вагинальные суппозитории. Активное соединение может быть включено в любую из известных основ для суппозиториев, способами, известными в данной области. Примеры таких основ включают масло какао, полиэтиленгликоль (карбовоски), полиэтилен сорбитан моностеарат, а также их смеси с другими совместимыми материалами для модификации температуры плавления или скорости растворения.For mucosal administration, nasal sprays, rectal or vaginal suppositories may be used. The active compound may be incorporated into any of the known suppository bases by methods known in the art. Examples of such bases include cocoa butter, polyethylene glycol (carbo waxes), polyethylene sorbitan monostearate, and mixtures thereof with other compatible materials to modify the melting point or dissolution rate.

Фармацевтические композиции по настоящему изобретению могут быть приготовлены для высвобождения активного лекарственного средства, по существу, немедленно после введения или в любое заранее определенное время или период времени после введения.The pharmaceutical compositions of the present invention may be formulated to release the active drug substantially immediately after administration, or at any predetermined time or period of time following administration.

Фармацевтические композиции согласно настоящему изобретению могут содержать одну или несколько молекул по настоящему изобретению, связанных с фармацевтически приемлемыми наполнителями и/или носителями. Эти вспомогательные вещества и/или носители выбираются в соответствии с формой введения, как описано выше.Pharmaceutical compositions according to the present invention may contain one or more molecules of the present invention associated with pharmaceutically acceptable excipients and/or carriers. These excipients and/or carriers are selected according to the form of administration, as described above.

В конкретном воплощении фармацевтическая композиция по настоящему изобретению содержит от 0,001 мг до 10 г молекулы по изобретению. В предпочтительном воплощении фармацевтическая композиция по настоящему изобретению содержит от 0,01 мг до 1 г молекулы по изобретению.In a specific embodiment, the pharmaceutical composition of the present invention contains from 0.001 mg to 10 g of the molecule of the invention. In a preferred embodiment, the pharmaceutical composition of the present invention contains from 0.01 mg to 1 g of the molecule of the invention.

Краткое описание чертежейBrief description of the drawings

Фиг. 1 - метаболические характеристики мышей Almsf z/f z.Fig. 1 - metabolic characteristics of mice Alms f z/f z .

(А) Средняя масса тела самцов мышей дикого типа и Almsfoz/foz (n=6-8 мышей на генотип). (В) Фотография висцеральной жировой ткани у дикого типа и Alms'z 'z. Масштабная метка: 25 мкм. (С) Тест на толерантность к инсулину (ITT) проводили на мышах дикого типа и Almsf z/f z мышах, и соответствующая гистограмма демонстрирует площадь под кривой (AUC) для каждого генотипа (n=6-8 мышей на группу), р <0,001). (D) Средняя масса тела самцов мышей дикого типа и Almsf z/f z (n=6-8 мышей на генотип). (E) Фотография висцеральной жировой ткани из соответствующих мышей дикого типа и Almsf z/f z. Масштабная метка: 25 мкм. (F) Тест на толерантность к инсулину выполняли на мышах дикого типа и Almsf z/f z мышах, и соответствующая гистограмма демонстрирует AUC для каждого генотипа (n=6-8 мышей на группу). *** означает р-значение <0,001. (G) Иммуноблоты для указанных белков в инсулинчувствительных тканях из нестрадающих ожирением мышей дикого типа и Almsf z/f z. (H) Подсчет радиоактивных сигналов в различных целевых тканях после инъекции радиоактивной дезоксиглюкозы мышам дикого типа и мышам Almsf z/f z (n=5 мышей на генотип). * означает р-значение=0,05.(A) Mean body weight of male WT and Alms foz/foz mice (n=6-8 mice per genotype). (B) Photograph of visceral adipose tissue in wild-type and Alms' z ' z . Scale mark: 25 µm. (C) Insulin tolerance test (ITT) was performed on wild-type mice and Alms f z/f z mice, and the corresponding histogram shows the area under the curve (AUC) for each genotype (n=6-8 mice per group), p <0.001). (D) Mean body weight of male WT and Alms f z/f z mice (n=6-8 mice per genotype). (E) Photograph of visceral adipose tissue from corresponding wild-type and Alms f z/f z mice. Scale mark: 25 µm. (F) An insulin tolerance test was performed on wild-type mice and Alms f z/f z mice and the corresponding histogram shows the AUC for each genotype (n=6-8 mice per group). *** means p-value <0.001. (G) Immunoblots for the indicated proteins in insulin sensitive tissues from non-obese wild-type mice and Alms f z/f z . (H) Counting of radioactive signals in various target tissues after injection of radioactive deoxyglucose into wild-type and Alms f z/f z mice (n=5 mice per genotype). * means p-value=0.05.

Фиг. 2 - сайленс-эффект ALMS1 в зрелых адипоцитах человека. (А) Фотографии, демонстрирующие отсутствие поглощения 2-NBDG (зеленый) в контрольных (shCTRL кшРНК) или лишенных ALMS1 адипоцитах (ALMS1 кшРНК) подвергнутых сайленсингу зрелых адипоцитах в отсутствие INS. (В) Фотографии, демонстрирующие отсутствие поглощения 2-NBDG в ALMS1 кшРНК по сравнению с CTRL кшРНК. Ядра окрашены с помощью DAPI, DIC: изображения дифференциального интерференционного контраста. (С) 3D-изображения CTRL кшРНК- или ALMS1кшРНК-зрелых адипоцитов, окрашенных по внутриклеточным триглицеридам (TG), плазматической мембране - красный (РМ) и ядрам - синий (DAPI). (D) Измерения уровней флуоресценции, коррелирующих с количеством внутриклеточных Tg в зрелых адипоцитах (n=16 лунок на каждое измеренное условие), * р-значение=0,05. (E-F) Иммунодетекция AKT и pS473-AKT в CTRL кшРНК- и ALMS1кшРНК-обработанных зрелых адипоцитах в присутствии и отсутствие INS. (G) 3D-изображения CTRL кшРНК- и ALMS1кшРНК-зрелых адипоцитов, демонстрирующие клеточную локализацию рецептора инсулина (IR-красный) и GLUT4 (зеленый) в отсутствие Ins. Изображения в сечении, отображающие динамику локализации GLUT4 в отсутствие Ins. (H) Через 30 мин стимуляции INS. (I) и с 30 мин стимуляцией INS, с последующим 2-часовым отсутствием INS. (J) в CTRL кшРНК- и ALMS1кшРНК-зрелых адипоцитах. Масштабная метка: 25 мкм в А, В, С и 5 мкм в GJ.Fig. 2 - Silence effect of ALMS1 in mature human adipocytes. (A) Photographs showing the absence of 2-NBDG uptake (green) in control (shCTRL shRNA) or ALMS1 deficient (ALMS1 shRNA) adipocytes silencing mature adipocytes in the absence of INS. (B) Photographs showing no uptake of 2-NBDG in ALMS1 shRNA compared to CTRL shRNA. Nuclei stained with DAPI, DIC: differential interference contrast images. (C) 3D CTRL images of shRNA- or ALMS1 shRNA-mature adipocytes stained for intracellular triglycerides (TG), plasma membrane red (PM) and nuclei blue (DAPI). (D) Measurements of fluorescence levels correlated with the amount of intracellular Tg in mature adipocytes (n=16 wells for each condition measured), *p-value=0.05. (E-F) Immunodetection of AKT and pS473-AKT in CTRL shRNA- and ALMS1 shRNA-treated mature adipocytes in the presence and absence of INS. (G) 3D images of CTRL shRNA- and ALMS1 shRNA-mature adipocytes showing cellular localization of insulin receptor (IR-red) and GLUT4 (green) in the absence of Ins. Cross-sectional images showing the dynamics of GLUT4 localization in the absence of Ins. (H) After 30 min of INS stimulation. (I) and with 30 min of INS stimulation, followed by a 2-hour absence of INS. (J) in CTRL shRNA- and ALMS1 shRNA-mature adipocytes. Scale mark: 25 µm in A, B, C and 5 µm in GJ.

Фиг. 3 - прогнозируемые участки взаимодействия на белке ALMS1 и моделирование его партнера TBC1D4. (А) Спрогнозированная 3D-структура белка ALMS1 со спиралями и петлями. (В) Спрогнозированная 3D-структура белка ALMS1 с потенциальными участками взаимодействия, представленными красными точками. (С) Первичная последовательность белка TBC1D4 с указанной локализации участков связывания или взаимодействующих доменов. (D) Спрогнозированная 3D-структура белка TBC1D4.Fig. 3 - predicted sites of interaction on the ALMS1 protein and modeling of its partner TBC1D4. (A) Predicted 3D structure of the ALMS1 protein with helices and loops. (B) Predicted 3D structure of the ALMS1 protein with potential interaction sites represented by red dots. (C) The primary sequence of the TBC1D4 protein with the indicated localization of binding sites or interacting domains. (D) Predicted 3D structure of the TBC1D4 protein.

Фиг. 4 - ALMS1 требуется для клеточной направленной миграции TBC1D4. (A) In silico спрогнозированная 3D-структура, показывающая пространственное взаимодействие между ALMS1 и TBC1D4 с увеличенным видом участка взаимодействия, в котором выделены спрогнозированные взаимодействуюFig. 4 - ALMS1 is required for cell directed migration of TBC1D4. (A) In silico predicted 3D structure showing the spatial interaction between ALMS1 and TBC1D4 with an enlarged view of the interaction site highlighting the predicted interactions

- 11 040194 щие аминокислотные остатки (L66, Y61 и S2879) белка ALMS1. (В) 3D-изображение иммуноокрашенных зрелых адипоцитов, отображающее колокализацию TBC1D4 (зеленый) и ALMS1 (красный). Ядра докрашены с помощью DAPI (синий). (C-D) Иммуноблоты указанных белков на клеточных лизатах (50 мкг общего количества белка загружали на одну дорожку) для CTRL кшРНК- и ALMS1кшРНК-зрелых адипоцитов, обработанных или не обработанных инсулином. 3D-изображения иммунофлюоресцентных экспериментов, выполненных либо на CTRL кшРНК-, либо на ALMS1кшРНК-, либо на TBC1D4кшРНКзрелых адипоцитах, отображающие клеточную локализацию GLUT4 в отсутствие инсулина (-INS) (E) или в присутствии INS. (F). РМ: плазматическая мембрана, ядра докрашены с помощью DAPI. 3Dизображения иммунофлюоресцентных экспериментов, выполненных либо на CTRL кшРНК-, либо на ALMS1кшРНК-адипоцитах, демонстрирующие клеточную локализацию GLUT4 (зеленый) и TBC1D4 в отсутствие INS (G) или через 30 мин после обработки INS. (H) Масштабные метки: 10 мкм.- 11 040194 amino acid residues (L66, Y61 and S2879) of the ALMS1 protein. (B) 3D image of immunostained mature adipocytes showing colocalization of TBC1D4 (green) and ALMS1 (red). Nuclei are stained with DAPI (blue). (C-D) Immunoblots of indicated proteins on cell lysates (50 μg total protein loaded per lane) of CTRL shRNA- and ALMS1 shRNA-mature adipocytes treated with or without insulin. 3D images of immunofluorescence experiments performed on either CTRL shRNA-, ALMS1 shRNA-, or TBC1D4 shRNA-mature adipocytes showing cellular localization of GLUT4 in the absence of insulin (-INS) (E) or in the presence of INS. (F). RM: plasma membrane, nuclei stained with DAPI. 3D images of immunofluorescent experiments performed on either CTRL shRNA or ALMS1 shRNA adipocytes demonstrating cellular localization of GLUT4 (green) and TBC1D4 in the absence of INS (G) or 30 min after INS treatment. (H) Scale marks: 10 µm.

Фиг. 5 - TBC1D4 не является единственным взаимодействующим партнером ALMS1, играющим роль в биологии адипоцитов. (А-С) Фотографии, демонстрирующие поглощение 2-NBDG в либо CTRL кшРНК-, либо ALMS1кшРНК-, либо TBC1D4кшРНК-депривированными адипоцитами после 30 мин стимуляции INS. (D-F) 3D-изображения, полученные с использованием непермеабилизованных зрелых адипицитов, стимулированных INS, с последующей иммунодетекцией мембраносвязванного GLUT4 (зеленый). Плазматическая мембрана (РМ) была окрашена с помощью Image-iT (красный), а ядра были докрашены с помощью DAPI. (G) Иммуноблоты 2 субъединиц протонного насоса (ATP6V0D1 и ATP6V1A), идентифицированных с помощью масс-спектрометрии в IP-экспериментах с использованием ALMS1 в качестве приманки (фиг. S4), aPKC, GLUT4 и β-тубулин в клеточных экстрактах из белой жировой ткани (WAT) и почек, 50 мкг общего белка загружено на одну дорожку. (Н) Фотография положительного сигнала Duolink, обнаруженного в адипоцитах с использованием антител против ALMS1 и АТР6. (I) Иммунофлуоресцентные изображения, демонстрирующие клеточные локализации ATP6V0D1 и ALMS1 и объединенное изображение в зрелых адипоцитах при стимуляции INS. (J) In silico спрогнозированные участки связывания TBC1D4 (красный) и PKC (желтый), которые находятся всего в 20 А друг от друга в 3D-струkтуре ALMS1. (K-L) Иммунодетекция aPKC, TBC1D4 и α-актинина в иммунопреципитатах с использованием ALMS1 в качестве приманки в адипоцитах, культивируемых в отсутствие или в присутствии INS.Fig. 5 - TBC1D4 is not the only ALMS1 interaction partner that plays a role in adipocyte biology. (A-C) Photographs showing 2-NBDG uptake in either CTRL shRNA-, ALMS1 shRNA-, or TBC1D4 shRNA-deprived adipocytes after 30 min of INS stimulation. (D-F) 3D images obtained using INS-stimulated non-permeabilized mature adipocytes followed by immunodetection of membrane-bound GLUT4 (green). The plasma membrane (PM) was stained with Image-iT (red) and the nuclei were stained with DAPI. (G) Immunoblots of 2 proton pump subunits (ATP6V0D1 and ATP6V1A) identified by mass spectrometry in IP experiments using ALMS1 as bait (Fig. S4), aPKC, GLUT4, and β-tubulin in cell extracts from white adipose tissue (WAT) and kidney, 50 µg total protein loaded per lane. (H) Photograph of a positive Duolink signal detected in adipocytes using antibodies against ALMS1 and ATP6. (I) Immunofluorescence images demonstrating cellular localizations of ATP6V0D1 and ALMS1 and pooled image in mature adipocytes under INS stimulation. (J) In silico predicted TBC1D4 (red) and PKC (yellow) binding sites that are only 20 A apart in the ALMS1 3D structure. (K-L) Immunodetection of aPKC, TBC1D4 and α-actinin in immunoprecipitates using ALMS1 as a bait in adipocytes cultured in the absence or presence of INS.

Фиг. 6 - восстановление ацидификации в ALMSl-депривированных адипоцитах восстанавливает всасывание глюкозы. (А-В) Изображения серийной съемки с интервалом были выполнены либо на контрольных, либо на ALMSl-депривированных адпипоцитах, окрашенных акридиновым оранжевым и стимулированных INS. (C-D) Изображения серийной съемки с интервалом были выполнены либо на контрольных, либо на ALMSl-депривированных адпипоцитах, окрашенных акридиновым оранжевым и стимулированных электронейтральным ионофором-обменником K+/H+, нигерицином (NIG). (E) Сверху вниз: изображения контрольных адипоцитов, полученные сканирующей электронной микроскопией (SEM), стимулированных либо без INS, либо с INS, либо с NIG. Белые стрелки показывают разбухшие везикулы. (F) Изображения, полученные просвечивающей электронной микроскопией (ТЕМ), соответствующие представленным в (Е), демонстрируют слияние везикул с плазматической мембраной в присутствии INS и NIG. (G) Сверху вниз: SEM фотографии ALMSl-депривирвоанных адипоцитов, стимулированных либо без INS, либо с INS, либо с NIG. (H) Изображения ТЕМ, соответствующие представленным в (G), демонстрирующие слияние везикул с плазматической мембраной только в присутствии NIG. (I) Фотографии, демонстрирующие внутриклеточное содержание 2-NBDG (зеленый) в контрольных зрелых адипоцитах либо в отсутствие INS (верхняя панель), либо после 30 мин стимуляции INS (средняя панель), либо после 30 мин стимуляции NIG (нижняя панель). (J) Фотографии, демонстрирующие внутриклеточное содержание 2-NBDG (зеленый) в ALMSl-депривированных зрелых адипоцитах либо в отсутствии INS (верхняя панель), либо после 30 мин стимуляции INS (средняя панель), либо после 30 мин стимуляции NIG (нижняя панель). Масштабная метка: 20 мкм за исключением F и Н: 500 нм.Fig. 6 - restoration of acidification in ALMSl-deprived adipocytes restores glucose absorption. (A-B) Interval burst images were performed on either control or ALMSI-deprived adipocytes stained with acridine orange and stimulated with INS. (C-D) Interval burst images were performed on either control or ALMSl-deprived adipocytes stained with acridine orange and stimulated with the electrically neutral K+/H+ exchange ionophore, nigericin (NIG). (E) Top to bottom: Scanning electron microscopy (SEM) images of control adipocytes stimulated with either no INS, INS, or NIG. White arrows show swollen vesicles. (F) Transmission electron microscopy (TEM) images corresponding to those presented in (E) demonstrate the fusion of vesicles with the plasma membrane in the presence of INS and NIG. (G) From top to bottom: SEM photographs of ALMSI-deprived adipocytes stimulated with either no INS, INS, or NIG. (H) TEM images corresponding to those presented in (G), demonstrating the fusion of vesicles with the plasma membrane only in the presence of NIG. (I) Photographs showing the intracellular content of 2-NBDG (green) in control mature adipocytes either in the absence of INS (upper panel) or after 30 min of INS stimulation (middle panel) or after 30 min of NIG stimulation (lower panel). (J) Photographs demonstrating the intracellular content of 2-NBDG (green) in ALMSl-deprived mature adipocytes either in the absence of INS (upper panel) or after 30 min of INS stimulation (middle panel) or after 30 min of NIG stimulation (lower panel) . Scale mark: 20 µm except for F and H: 500 nm.

Фиг. 7 - направленная миграция GLUT4 требует белковый комплекс ALMSомы. (А) 3Dизображения, полученные с использованием непермеабилизованных фиксированных зрелых адипоцитов, стимулированных NIG, с последующей иммунодетекцией мембраносвязанного GLUT4 (зеленый). Плазматическая мембрана (РМ) была окрашена Image-It (красный), а ядра были докрашены с помощью DAPI. (В) Фотографии, демонстрирующие содержание внутриклеточных TG через 24 ч после обработки NIG. (С) Схематическое представление клеточной локализации ALMSl и белка-партнера в отсутствие стимуляции INS в зрелом адипоците. (D) Схематическое представление динамики ALMS1 и белковых партнеров после стимуляции INS в зрелом адипоците.Fig. 7 - directed migration of GLUT4 requires the ALMSoma protein complex. (A) 3D images obtained using non-permeabilized fixed mature adipocytes stimulated with NIG followed by immunodetection of membrane-bound GLUT4 (green). The plasma membrane (PM) was stained with Image-It (red) and the nuclei were stained with DAPI. (B) Photographs showing intracellular TG content 24 h after NIG treatment. (C) Schematic representation of the cellular localization of ALMSl and partner protein in the absence of INS stimulation in a mature adipocyte. (D) Schematic representation of the dynamics of ALMS1 and protein partners after INS stimulation in a mature adipocyte.

Фиг. 8 - поглощение глюкозы инициируется в отсутствие INS посредством специфической интерференции с участком связывания aPKC в ALMSоме. (А) Фотографии, демонстрирующие поглощение 2NBDG в присутствии или в отсутствие INS в адипоцитах, инфицированных либо лентивирусными частицами CTRL, либо лентивирусными частицами с доменом aPKC. (В) Количественное определение внутриклеточного аналога глюкозы 2-NB в присутствии либо лентивирусных частиц CTRL, либо лентивирусных частиц с доменом aPKC (n=8 на группу).Fig. 8 - Glucose uptake is initiated in the absence of INS via specific interference with the aPKC binding site in the ALMSome. (A) Photographs showing 2NBDG uptake in the presence or absence of INS in adipocytes infected with either CTRL lentiviral particles or aPKC domain lentiviral particles. (B) Quantification of the intracellular glucose analogue 2-NB in the presence of either CTRL lentiviral particles or aPKC domain lentiviral particles (n=8 per group).

- l2 040194- l2 040194

Фиг. 9 - описание конструкции min-aPKC-FLAG в адипоцитах. Верхняя панель: иммунодетекция min-aPKC-FLAG с использованием анти-FLAG антитела в зрелых адипоцитах через 48 ч после инфекции лентивирусом. 2 и 3 панели: 3D-изображение адипоцитов, демонстрирующее перинуклеарную локализацию min-aPKC-FLAG. Последняя панель: схематическое представление экспериментальных подходов, используемых для оценки влияния min-aPKC-FLAG на поглощение глюкозы.Fig. 9 depicts the min-aPKC-FLAG construct in adipocytes. Upper panel: immunodetection of min-aPKC-FLAG using an anti-FLAG antibody in mature adipocytes 48 h after lentivirus infection. Panels 2 and 3: 3D image of adipocytes showing perinuclear localization of min-aPKC-FLAG. Last panel: Schematic representation of the experimental approaches used to evaluate the effect of min-aPKC-FLAG on glucose uptake.

ПримерыExamples

Синдром Альстрёма (ALMS) является редким аутосомно-рецессивным заболеванием, характеризующимся несколькими клиническими признаками, включающими ожирение и раннее возникновение диабета. Это происходит из-за мутации в гене, кодирующем 460 кДа белок ALMS1.Alström syndrome (ALMS) is a rare autosomal recessive disorder characterized by several clinical features including obesity and early onset of diabetes. This is due to a mutation in the gene encoding the 460 kDa protein ALMS1.

До сих пор была неизвестна функция гена ALMS1 и то, как он вызывает фенотип синдрома Альстрёма, исследования его функции тормозит чрезвычайно большой размер кодируемого белка и его низкие уровни экспрессии.Until now, the function of the ALMS1 gene and how it causes the Alström syndrome phenotype has been unknown, research on its function is hampered by the extremely large size of the encoded protein and its low levels of expression.

Синдром Альстрёма (ALMS) является редким моногенным синдромом детского ожирения, для которого существует только один причинный мутантный ген, идентифицированный к настоящему времени, ген ALMS1. ALMS классифицируется как представитель расстройств цилиопатии, которые включают синдром Барде-Бидля, группу синдромных расстройств, возникающих из-за мутаций в большом количестве различных белков, которые вместе играют важную роль в функции первичной реснички. Alms1 кодирует 461 кДа белок ALMS1, который первоначально был описан как имеющий чисто центриолярную локализацию, хотя более поздние данные также предположили цитоплазматическую локализацию ALMS1.Alström syndrome (ALMS) is a rare monogenic childhood obesity syndrome for which there is only one causative mutant gene identified to date, the ALMS1 gene. ALMS is classified as a member of the ciliopathy disorders that include Bardet-Biedl syndrome, a group of syndromic disorders arising from mutations in a large number of different proteins that together play an important role in primary cilium function. Alms1 encodes the 461 kDa protein ALMS1, which was originally described as having a purely centriolar localization, although more recent data have also suggested a cytoplasmic localization of ALMS1.

ALMS клинически отождествлен с совокупным мультисистемным фенотипом, который как предполагается, отражает убиквитарную тканевую экспрессию ALMS1, близко имитируя многие из фенотипических особенностей BBS. Общие клинические признаки ALMS включают дегенерацию сетчатки, потерю слуха, детское ожирение, раннее начало сахарного диабета 2 типа (T2DM), дилатационную кардиомиопатию, почечную и печеночную дисфункцию, гипотиреоз, низкорослость, гиперлипидемию и органный фиброз. У детей с ALMS развивается ожирение в раннем детстве, что связано с ранним возникновением T2DM примерно в 16 лет, с гораздо более высокой общей распространенностью раннего возникновения T2DM при ALMS, чем наблюдаемые с другими синдромами детского ожирения, дающими похожий индекс массы тела (ИМТ), в том числе BBS. Причина этого склонности к T2DM у детей с ALMS, которая не пропорциональна их степени ожирения, остается неясной.ALMS is clinically identified with a cumulative multisystem phenotype that is thought to reflect ubiquitous tissue expression of ALMS1, closely mimicking many of the phenotypic features of BBS. Common clinical features of ALMS include retinal degeneration, hearing loss, childhood obesity, early onset type 2 diabetes mellitus (T2DM), dilated cardiomyopathy, renal and hepatic dysfunction, hypothyroidism, short stature, hyperlipidemia, and organ fibrosis. Children with ALMS develop obesity in early childhood, which is associated with early onset T2DM at about 16 years of age, with a much higher overall prevalence of early onset T2DM in ALMS than seen with other childhood obesity syndromes giving a similar body mass index (BMI). including BBS. The reason for this propensity for T2DM in children with ALMS, which is not proportional to their degree of obesity, remains unclear.

Авторы настоящего изобретения исследовали роль белка ALMS1 в адипогенном процессе дифференцировки и обнаружили, что уровни экспрессии белка ALMS1 растут в ходе адипогенеза. Супрессия ALMS1 в адипогенных дифференцирующихся мезенхимальных стволовых клетках ингибирует антиадипогенные каскады, но на удивление не в пользу адипогенеза.The present inventors investigated the role of the ALMS1 protein in the adipogenic differentiation process and found that the expression levels of the ALMS1 protein increase during adipogenesis. Suppression of ALMS1 in adipogenic differentiating mesenchymal stem cells inhibits anti-adipogenic cascades, but surprisingly not in favor of adipogenesis.

Кроме того, авторы показали, что белковый комплекс ALMS1 также необходим в зрелых адипоцитах для эффективного удержания GLUT4 в его инсулин-респонсивном компартменте и для его способности сливаться с плазматической мембраной в ответ на стимуляцию инсулином. Инактивация ALMS1 уменьшает количество глюкозы, которое способны поглотить зрелые адипоциты при стимуляции инсулином, способствуя таким образом гипергликемии и возникновению диабета.In addition, the authors showed that the ALMS1 protein complex is also required in mature adipocytes for efficient retention of GLUT4 in its insulin-responsive compartment and for its ability to fuse with the plasma membrane in response to insulin stimulation. Inactivation of ALMS1 reduces the amount of glucose that mature adipocytes can take up when stimulated with insulin, thus contributing to hyperglycemia and the onset of diabetes.

Предыдущие исследования на спонтанном мутанте Alms1foz/foz и нокаутной по Alms1 мышиной модели ALMS, полученной введением вставки внутрь гена, подтвердили, что у этих мышей, подобно страдающим от болезни детям, развивается ожирение в раннем подростковом возрасте из-за гиперфагии, а также проявляют нарушенная толерантность к глюкозе, гиперинсулинемия и островковая гипертрофия, что соответствует тяжелой резистентности к инсулину, хотя происхождение ткани или механизм для этой резистентности к инсулину ранее не были охарактеризованы. Ранее опубликованные in vitro исследования на мышиной фибробластной линии клеток 3T3-L1 показали, что ингибирование экспрессии гена ALMS1 приводит к умеренному нарушению адипогенеза, но сообщалось, что не оказывается никакого влияния на инсулиновый сигнальный путь в полученных зрелых адипоцитах, что было измерено по инсулин-опосредованному фосфорилированию AKT. Эти данные уводят в сторону от изобретения, представленного в данном документе, в котором Alms1 действительно играет критическую, неизвестную до настоящего времени роль в сигнальном пути инсулина и в GLUT4-опосредованном транспорте глюкозы.Previous studies in the Alms1 foz/foz spontaneous mutant and the Alms1 knockout mouse model of ALMS generated by insertion into the gene confirmed that these mice, like malnourished children, develop obesity in early adolescence due to hyperphagia and also exhibit impaired glucose tolerance, hyperinsulinemia, and islet hypertrophy consistent with severe insulin resistance, although the tissue origin or mechanism for this insulin resistance has not been previously characterized. Previously published in vitro studies in the murine fibroblast cell line 3T3-L1 showed that inhibition of ALMS1 gene expression resulted in a moderate impairment of adipogenesis, but it was reported that there was no effect on insulin signaling in the resulting mature adipocytes, as measured by insulin-mediated phosphorylation of AKT. These data deviate from the invention presented herein, in which Alms1 does play a critical, hitherto unknown role in insulin signaling and in GLUT4-mediated glucose transport.

Действительно, несмотря на ранее опубликованные противоречащие данные, авторы при тщательном изучении фенотипа мышиной модели ALMS Fat Aussie (Alms1foz/foz) определили, что резистентность к инсулину в этой модели предшествует, а не следует за развитием ожирения. Кроме того, они идентифицировали жировую ткань как конкретный участок, управляющий резистентностью к инсулину, и последующим развитием толекартности к глюкозе и T2DM при ALMS. Они подтвердили, что сигнальный путь инсулина в адипоцитах Alms1foz/foz был интактным по всему пути вниз до фофорилирования TBC1D4, последнего известного представителя пути инсулинопосредованного поглощения глюкозы, и затем в ходе последующей серии исследований был определен белковый комплекс, который они назвали ALMSомой, состоящий из нескольких ключевых белков, которые связываются с ALMS1, и которые вместе необходимы для прикрепления и слияния GLUT4-везикул с плазматической мембраной (РМ) адипо- 13 040194 цитов в ответ на сигнал инсулина. ALMSoMa, таким образом, представляет собой до сих пор неизвестную последнюю стадию инсулинопосредованного поглощения глюкозы адипоцитами, с резистентностью к инсулину при ALMS из-за нарушения функции ALMSoмы, ведущей к выходу из строя GLUT4опосредованного слияния мембран и, таким образом, блокировке транспортировки глюкозы в адипоцитах.Indeed, despite previously published conflicting data, the authors, by carefully studying the phenotype of the ALMS Fat Aussie (Alms1 foz/foz ) mouse model, determined that insulin resistance in this model precedes rather than follows the development of obesity. In addition, they identified adipose tissue as a specific site governing insulin resistance and subsequent development of glucose tolerance and T2DM in ALMS. They confirmed that the insulin signaling pathway in Alms1 foz/foz adipocytes was intact all the way down to the phosphorylation of TBC1D4, the last known member of the insulin-mediated glucose uptake pathway, and then, in a subsequent series of studies, they identified a protein complex they called the ALMSome, consisting of several key proteins that bind to ALMS1 and which together are required for the attachment and fusion of GLUT4 vesicles to the plasma membrane (PM) of adipocytes in response to an insulin signal. ALMSoMa thus represents a hitherto unknown last step in insulin-mediated glucose uptake by adipocytes, with insulin resistance in ALMS due to impaired ALMSOma function leading to failure of GLUT4-mediated membrane fusion and thus blocking glucose transport in adipocytes.

Пример 1. Мыши Alms1foz/foz демонстрируют сильную специфическую резистентность к инсулину в жировой ткани даже при отсутствии ожирения.Example 1 Alms1 foz/foz mice show strong specific insulin resistance in adipose tissue even in the absence of obesity.

Содержание животных.Keeping animals.

Мышей Alms1foz/foz и однопометников Alms1+/+ (дикий тип) поддерживали в окружении C57BL/6J в виварии с 12-часовым циклом свет/темнота. Мыши имели свободный доступ ad libitum к воде и либо к нормальному корму, содержащему 5,4% жира, с содержанием энергии 12 МДж/кг (пелеты Гордона для содержания мышей и крыс, Gordon's specialty stockfeeds, Австралия), либо к корму с высоким содержанием жиров (HFD), содержащему 23% жира, высоким уровнем простых углеводов, 0,19% холестерина, с содержанием энергии 20 МДж/кг (SF03-020, Specialty feeds, Австралия). Для ПЦР-генотипирования были использованы праймеры, фланкирующие мутацию foz: прямой АСА ACT TTT CAT GGC ТСС AGT (SEQ ID NO: 13); обратный TTG GCT CAG AGA CAG TTG AAA (SEQ ID NO: 14).Alms1 foz/foz and Alms1 +/+ (wild type) littermates were maintained in C57BL/6J environment in a vivarium with a 12-hour light/dark cycle. Mice had free ad libitum access to water and either a normal diet containing 5.4% fat with an energy content of 12 MJ/kg (Gordon's pellets for keeping mice and rats, Gordon's specialty stockfeeds, Australia) or a diet with a high content of fat (HFD) containing 23% fat, high levels of simple carbohydrates, 0.19% cholesterol, with an energy content of 20 MJ/kg (SF03-020, Specialty feeds, Australia). For PCR genotyping, primers flanking the foz mutation were used: forward ACA ACT TTT CAT GGC TCC AGT (SEQ ID NO: 13); reverse TTG GCT CAG AGA CAG TTG AAA (SEQ ID NO: 14).

Шестимесячных страдающих ожирением и молодых (в возрасте <60 дней) без ожирения Alms1foz/foz мышей и однопометников дикого типа (WT) использовали для исследования первичных метаболических нарушений приводящих мышей A Alms1foz/foz к развитию T2DM. Шестимесячные Alms1foz/foz мыши страдали от ожирения со средней массой тела 45,5±1,7 г по сравнению с 26,4±1,3 г для однопометников дикого типа (фиг. 1А) и, как было показано ранее, имели гипергликемию натощак и нарушенную толерантность к глюкозе с повышенными баллами НОМА. Тест на толерантность к инсулину (ITT) показал, что в отличие от WT (фиг. 1В) и гетерозиготных однопометников гликемия у страдающих ожирением Alms1foz/foz-мышей была невосприимчива к введению инсулина (фиг. 1B), даже когда вводимые дозы инсулина достигали 20 Ед./кг (фиг. 1С). Ожирение Alms1foz/foz-мышей возникло из-за сильной гипертрофии адипоцитов (фиг. 1B), a не гиперплазии адипоцитов, как правило, наблюдаемой у BBS-мышей с ожирением. Для того чтобы определить, какой первичный дефект вызывает нарушение толерантности к глюкозе у Alms1foz/foz мышей, были изучены молодые худые Alms1foz/foz мыши для того, чтобы удалить смешанное воздействие ожирения на респонсивность на инсулин. В возрасте 2 месяцев самцы WT и Alms1foz/foz имели аналогичную среднюю массу тела ~24 г (фиг. 1D). ITT у этих мышей показало, что молодые без ожирения Alms1foz/foz самцы тем не менее уже демонстрируют значительно уменьшенную респонсивность на инсулин (фиг. 1Е) в соответствии с резистентностью к инсулину, предшествующей ожирению в этой модели. Иммунодетекция IRAP, Akt, p-AKT, GLUT4, С/ЕВР-α и GAPDH осуществленная на инсулин-чувствительных тканях, а именно сердце, печени, скелетных мышцах и белой жировой ткани (WAT), из 6-месячных не голодавших Alms1foz/foz и WT не показали никаких существенных различий в уровнях белка, за исключением последовательного увеличения р-AKT относительно общего AKT в WAT, что согласуется с парадоксальным увеличением, а не снижением активации восходящих участников сигнального пути инсулина у Alms1foz/foz мышей с нетолерантностью к глюкозе (фиг. 1G). Для того чтобы определить, какие ткани по отдельности или вместе могут быть основным источником резистентности к инсулину, наблюдаемой у мышей Alms1foz/foz, распределение по тканям поглощения инсулинопосредованной дезоксиглюкозы (DOG) сравнивали у WT и Alms1foz/foz мышей. Это подтверждает, что серьезно ослабленное поглощение DOG было ограничено WAT из мышей Alms1foz/foz с компенсаторным увеличением поглощения DOG в инсулинреспонсивных икроножной и камбаловидной мышцах по сравнению с мышами дикого типа.Six-month-old obese and young (<60 days of age) non-obese Alms1 foz/foz mice and wild-type (WT) littermates were used to investigate the primary metabolic disturbances leading Alms1 foz/foz A mice to develop T2DM. Six-month-old Alms1 foz/foz mice were obese with a mean body weight of 45.5±1.7 g compared to 26.4±1.3 g for wild-type littermates (Fig. 1A) and were previously shown to have hyperglycemia. fasting and impaired glucose tolerance with elevated HOMA scores. The Insulin Tolerance Test (ITT) showed that, in contrast to WT (FIG. 1B) and heterozygous litter mates, glycemia in obese Alms1 foz/foz mice was refractory to insulin administration (FIG. 1B), even when administered doses of insulin reached 20 U/kg (Fig. 1C). Obesity in the Alms1 foz/foz mice was due to severe adipocyte hypertrophy (FIG. 1B) rather than the adipocyte hyperplasia typically seen in obese BBS mice. In order to determine which primary defect causes impaired glucose tolerance in Alms1 foz/foz mice, young lean Alms1 foz/foz mice were studied in order to remove the confounding effects of obesity on insulin responsiveness. At 2 months of age, WT and Alms1 foz/foz males had a similar mean body weight of ~24 g (Fig. 1D). ITT in these mice showed that young, non-obese Alms1 foz/foz males nevertheless already show significantly reduced insulin responsiveness (FIG. 1E) consistent with pre-obesity insulin resistance in this model. Immunodetection of IRAP, Akt, p-AKT, GLUT4, C/EBP-α and GAPDH performed on insulin-sensitive tissues, namely heart, liver, skeletal muscle and white adipose tissue (WAT), from 6-month-old non-fasted Alms1 foz/ foz and WT showed no significant differences in protein levels, except for a consistent increase in p-AKT relative to total AKT in WAT, consistent with a paradoxical increase, not decrease, in activation of upstream insulin signaling pathway participants in Alms1 foz/foz glucose intolerant mice. (Fig. 1G). In order to determine which tissues, individually or collectively, may be the main source of insulin resistance observed in Alms1 foz/foz mice, the tissue distribution of insulin-mediated deoxyglucose (DOG) uptake was compared in WT and Alms1 foz/foz mice. This confirms that severely impaired DOG uptake was limited by WAT from Alms1 foz/foz mice, with a compensatory increase in DOG uptake in insulin-responsive gastrocnemius and soleus muscles compared to wild-type mice.

Эти исследования показывают, что хотя Alms1foz/foz мыши становятся тучными и у них развивается с возрастом прогрессирующий T2DM, основным изначальным дефектом, способствующим резистентности к инсулину и гипергликемии, является нарушение в отсутствие функционального ALMS1 поглощения глюкозы жировой тканью в ответ на передачу сигналов инсулина, и этот дефект предшествует развитию ожирения.These studies show that although Alms1 foz/foz mice become obese and develop progressive T2DM with age, the main underlying defect contributing to insulin resistance and hyperglycemia is the impairment, in the absence of functional ALMS1, of glucose uptake by adipose tissue in response to insulin signaling. and this defect precedes the development of obesity.

Пример 2. Сайленсинг Alms1 в адипоцитах человека блокирует поглощение глюкозы из-за нарушения клеточной сортировки GLUT4.Example 2 Alms1 silencing in human adipocytes blocks glucose uptake due to disruption of GLUT4 cell sorting.

Материалы. От Molecular Probes, Invitrogen: акридиновый оранжевый, набор для окрашивания плазматических мембран и ядер Image-iT® LIVE Plasma Membrane and Nuclear Staining Labeling Kit, 2NBDG (2-(N-7-нитрoбенз-2-oксa-1,3-тиaдиaзoл-4-ил)aминo)-2-дезoксиглюкoзa), Hoechst 33258 и Cell Light™ Early Endosomes-RFP * BacMam 2.0*; Каталожный номер #: А3568, I34406, N13195, H3569 и С10587. От Lonza: реактив AdipoRed TM Assay Reagent (Catalog #: PT-7009). Лентивирусные частицы от Santa Cruz Biotechnology, Inc.: ALMS1 лентивирусные частицы кшРНК (h), лентивирусные частицы TBC1D4 кшРНК (h) и лентивирусные частицы-А с контрольными кшРНК; Каталожный номер #: SC72345-V, SC-61654-V и SC-108080 соответственно. От Tocris Biosciences: натриевая соль нигерицина (Каталожный номер #: 4312).Materials. From Molecular Probes, Invitrogen: Acridine Orange, Image-iT® LIVE Plasma Membrane and Nuclear Staining Labeling Kit, 2NBDG (2-(N-7-nitrobenz-2-oxa-1,3-thiadiazole- 4-yl)amino)-2-deoxyglucose), Hoechst 33258 and Cell Light™ Early Endosomes-RFP * BacMam 2.0*; Part #: A3568, I34406, N13195, H3569, and C10587. From Lonza: AdipoRedTM Assay Reagent (Catalog #: PT-7009). Lentiviral particles from Santa Cruz Biotechnology, Inc.: ALMS1 shRNA lentiviral particles (h), TBC1D4 shRNA lentiviral particles (h), and lentiviral particles-A with shRNA control; Part #: SC72345-V, SC-61654-V and SC-108080 respectively. From Tocris Biosciences: Nigericin Sodium (Cat #: 4312).

Биохимические тесты. Мышей испытывали на устойчивость к инсулину с помощью теста на толе- 14 040194 рантность к инсулину (ITT) и теста на толерантность к глюкозе (внутрибрюшинный IPGTT). Для ITT мышей не кормили в течение 4 ч, без доступа к продуктам питания, но со свободным доступом к воде. Мышей взвешивали и инсулин (Humulin R., Eli Lilly, США) вводили внутрибрюшинно по 0,75 ед./кг массы тела в 0,9%-ном солевом растворе для инъекций (Pfizer, США). Получали кровь из хвоста и определяли уровень глюкозы в плазме для каждой мыши с помощью глюкометра (Optium Xceed, Abbott, США) и полосок для тестирования глюкозы в крови (Optium point of care, Abbott, США) в момент 0, 15, 30 и 60 мин после инъекции инсулина. Для IPGTT мышей не кормили в течение 18 ч и вводили в 2 мг/г массы тела D-глюкозы (Analar, VWR, США) в 0,9%-ном солевом растворе для инъекций. Уровень глюкозы в плазме определяли для каждой мыши с помощью глюкометра с отбором проб через хвостовую вену в момент 0, 15, 30, 60 и 120 мин после инъекции глюкозы. Для измерения инсулина в плазме отбирали кровь у бодрствующих животных посредством кровоизвлечения из щеки. После сбора пробы крови держали на льду и центрифугировали при 17000 g, 10 мин при 4°C. Уровни инсулина анализировали с помощью коммерческого ультрачувствительного к мышиному инсулину набора для ELISA (Crystal Chem Inc., США). Гомеостатическую модель оценки резистентности к инсулину (HOMA-IR) рассчитывали с использованием уровней инсулина натощак и глюкозы натощак у индивидуальной мыши. Использовалась следующая формула: HOMA-IR=[глюкоза натощак (мг/дл)хинсулин натощак (μЕд/мл)]/405.biochemical tests. Mice were tested for insulin resistance using an insulin tolerance test (ITT) and a glucose tolerance test (intraperitoneal IPGTT). For ITT, mice were fasted for 4 h, with no access to food, but with free access to water. Mice were weighed and insulin (Humulin R., Eli Lilly, USA) was injected intraperitoneally at 0.75 U/kg body weight in 0.9% saline injection (Pfizer, USA). Blood was obtained from the tail and plasma glucose was determined for each mouse using a glucometer (Optium Xceed, Abbott, USA) and blood glucose test strips (Optium point of care, Abbott, USA) at times 0, 15, 30, and 60 minutes after insulin injection. For IPGTT, mice were fasted for 18 hours and injected with 2 mg/g body weight of D-glucose (Analar, VWR, USA) in 0.9% saline injection. Plasma glucose levels were determined for each mouse with a tail vein sampling glucometer at 0, 15, 30, 60, and 120 minutes after glucose injection. To measure plasma insulin, blood was taken from awake animals by means of a buccal haemorrhage. After collection, blood samples were kept on ice and centrifuged at 17,000 g, 10 min at 4°C. Insulin levels were analyzed using a commercial ultra-sensitive mouse insulin ELISA kit (Crystal Chem Inc., USA). A homeostatic model for assessing insulin resistance (HOMA-IR) was calculated using fasting insulin and fasting glucose levels in an individual mouse. The following formula was used: HOMA-IR=[fasting glucose (mg/dl) fasting quinsulin (μU/ml)]/405.

Культура клеток. Были приобретены человеческие белые висцеральные преадипоциты (Каталожный номер #: С-12732; PromoCell) и мезенхимальные стволовые клетки человека (Каталожный номер #: С-12974; PromoCell), полученные из здорового костного мозга. Преадипоциты рассевали в соответствии с протоколом производителя и культивировали в среде для роста преадипоцитов (Каталожный номер #: С-27410; PromoCell) до конфлуентности. За один день до индукции конечного адипогенеза клетки инфицировали специфическими лентивирусными частицами, состоящими из пула 3 мишень-специфичных конструкций кшРНК, приобретенных у Santa Cruz Biotechnology, и на следующий день адипогенную дифференцировку индуцировали путем замены среды на среду для дифференцировки преадипоцитов (Каталожный номер # С-27436; PromoCell) на 2 дня. После стадии дифференцировки среду окончательно заменяли на среду Adipocyte Nutrition (Каталожный номер # С-27438; PromoCell). Для культуры без инсулина среду Adipocyte Basal Medium (Каталожный номер #: С-2431; PromoCell) без инсулина дополняли 5 г/л дезоксиглюкозы, 8 мкг/мл d-биотина, 400 ng/мл дексаметазона. В случае hMSCs их культивировали в ростовой среде для мезенхимальных стволовых клеток (каталожный номер #: С-28010; PromoCell) до конфлуэнтности. hMSC трансфицировали конкретными миРНК, как описано выше, и на следующий день липогенную дифференцировку индуцировали путем замены среды на среду MSC Adipogenic Differentiation Medium (Каталожный номер #: С28011; Promocell).Cell culture. Human white visceral preadipocytes (Catalog #: C-12732; PromoCell) and human mesenchymal stem cells (Catalog #: C-12974; PromoCell) were purchased from healthy bone marrow. Preadipocytes were plated according to the manufacturer's protocol and cultured in Preadipocyte Growth Medium (Catalog #: C-27410; PromoCell) until confluent. One day prior to the induction of terminal adipogenesis, cells were infected with specific lentiviral particles consisting of a pool of 3 target-specific shsRNA constructs purchased from Santa Cruz Biotechnology, and the following day, adipogenic differentiation was induced by changing medium to preadipocyte differentiation medium (Catalog # C- 27436; PromoCell) for 2 days. After the differentiation step, the medium was finally changed to Adipocyte Nutrition medium (Catalog # C-27438; PromoCell). For the insulin-free culture, Adipocyte Basal Medium (Catalog #: C-2431; PromoCell) without insulin was supplemented with 5 g/l deoxyglucose, 8 μg/ml d-biotin, 400 ng/ml dexamethasone. For hMSCs, they were cultured in mesenchymal stem cell growth medium (catalog #: C-28010; PromoCell) until confluent. hMSCs were transfected with specific siRNAs as described above and lipogenic differentiation was induced the next day by medium change to MSC Adipogenic Differentiation Medium (Cat #: C28011; Promocell).

Выделение РНК, синтез кДНК, количественная ПЦР и Taqman. Тотальную РНК получали из различных тканей и клеток с помощью набора RiboPure™ (Каталожный номер #: AM1924; Ambion) с последующей обработкой ДНКазой с TURBO DNA-free™ (Каталожный номер #: AM 1907; Ambion). Целостность РНК оценивали с помощью гель-электрофореза и концентрацию РНК определяли с помощью Eppendorf Biophotometer Plus с кюветой Cell Hellma® Tray (Каталожный номер #: 105,810-UVS; Hellma). Обратную транскрипцию 1 мкг тотальной РНК в кДНК осуществляли с использованием набора для синтеза кДНК BioRad iScript™ (Каталожный номер #: 170-8891; BioRad). В режиме реального времени количественную амплификацию полимеразной цепной реакцией проводили в режиме реального времени в системе BioRad CFX96™ с помощью IQ™ SYBR® Green Supermix (Каталожный номер #: 170-8886; BioRad) и набора праймеров, оптимизированных для тестируемых мишеней для ПНР в реальном времени на основе SYBR Green для ПЦР в реальном времени. Анализ Taqman проводили со специфическим генным анализом с помощью TaqMan® Fast Advanced Master Mix (Каталожный номер #: 4444557; Applied Biosystems). Нормализованную кратную экспрессию гена-мишени рассчитывали с использованием метода сравнительного порогового цикла (Ct), нормализуя Ст целевой мРНК к таковой для GAPDH с помощью CFX Manager Software Version 1.5 и проверяли с помощью программы Lin-Reg.RNA isolation, cDNA synthesis, quantitative PCR and Taqman. Total RNA was obtained from various tissues and cells using the RiboPure™ Kit (Cat. #: AM1924; Ambion) followed by DNase with TURBO DNA-free™ (Cat. #: AM 1907; Ambion). RNA integrity was assessed by gel electrophoresis and RNA concentration was determined using an Eppendorf Biophotometer Plus with a Cell Hellma® Tray (Cat #: 105,810-UVS; Hellma). Reverse transcription of 1 μg of total RNA into cDNA was performed using the BioRad iScript™ cDNA Synthesis Kit (Cat #: 170-8891; BioRad). Real-time quantitative PCR amplification was performed in real time on a BioRad CFX96™ system using an IQ™ SYBR® Green Supermix (Cat. #: 170-8886; BioRad) and a primer set optimized for test targets for real-time PCR. time-based SYBR Green for real-time PCR. Taqman analysis was performed with specific gene analysis using TaqMan® Fast Advanced Master Mix (Cat. #: 4444557; Applied Biosystems). Normalized fold expression of the target gene was calculated using the comparative threshold cycle (Ct) method, normalizing the target mRNA Ct to that of GAPDH using CFX Manager Software Version 1.5 and checked using the Lin-Reg program.

Вестерн-блоты и иммунофлюоресцентная микроскопия. Самцов Alms1foz/foz и однопометников дикого типа анестезировали. Следующие инсулин-чувствительные ткани: печень, сердце, мышечную и жировую ткани собирали и непосредственно помещали в RIPA-буфер (Трис 50 мМ, NaCl 150 мМ, 0,1% SDS, 1% Тритон-Х100), дополненный полным коктейлем ингибиторов мини-протеаз и коктейлем ингибиторов фосфатаз PhosSTOP (Roche, Швейцария). Образцы обрабатывали ультразвуком и центрифугировали в течение 30 мин при 17000G, 4°С 30 мин. Концентрацию белка анализировали с помощью ВСАанализа (Thermo Fisher Scientific, США). Клеточные белки из клеток получали преципитацией трихлоруксусной кислотой и проводили иммуноблот-анализы с использованием 30-50 мкг общего белка. Связывание специфического антитела визуализировали с помощью субстрата SuperSignal® West Femto Maximum Sensitivity Substrate (Каталожный номер #: Lf145954, Pierce) в системе визуализации BioRad Versadoc™ или имеджере ImageQuant LAS 4000 (GE Healthcare, Великобритания). Неспецифические белки, окрашенные Ponceau S, использовали в качестве контролей загрузки для нормализации сигнала, полученного после специфической иммунодетекции представляющего интерес белка с помощью программы Bio-Rad Quantity One. Для иммунофлюоресцентных экспериментов клетки высевали в системе perWestern blots and immunofluorescent microscopy. Male Alms1 foz/foz and wild-type littermates were anesthetized. The following insulin sensitive tissues: liver, heart, muscle and adipose tissue were harvested and directly placed in RIPA buffer (Tris 50 mM, NaCl 150 mM, 0.1% SDS, 1% Triton-X100) supplemented with a complete cocktail of mini- proteases and a cocktail of phosphatase inhibitors PhosSTOP (Roche, Switzerland). Samples were sonicated and centrifuged for 30 min at 17000G, 4°C for 30 min. The protein concentration was analyzed using BCA analysis (Thermo Fisher Scientific, USA). Cellular proteins from cells were obtained by precipitation with trichloroacetic acid and immunoblot analyzes were performed using 30-50 μg of total protein. Specific antibody binding was visualized with SuperSignal® West Femto Maximum Sensitivity Substrate (Cat #: Lf145954, Pierce) on a BioRad Versadoc™ Imaging System or ImageQuant LAS 4000 Imager (GE Healthcare, UK). Ponceau S-stained non-specific proteins were used as loading controls to normalize the signal obtained after specific immunodetection of the protein of interest using the Bio-Rad Quantity One program. For immunofluorescence experiments, cells were seeded in the per

- 15 040194 manox 8-wells Lab-Tek II Chamber Slide (Каталожный номер #: 177445; Nunc). Клетки обрабатывали, как указано. Затем клетки и криосрезы тканей обрабатывали для детекции белков после фиксации метанолом и пермеабилизации с помощью 0,1% тритона Х-100. Микроскопические препараты монтировали для детекции с помощью среды для заливки Vectashield Mounting Medium (Каталожный номер #: Н-1200; Vector Laboratories). Для просмотра ассоциированных с мембранами белки, клетки фиксировали в формалине в течение 15 мин и напрямую блокировали, а затем подвергали иммуноокрашиванию и съемке с использованием вертикального микроскопа Zeiss AxioImager Z2. Анализ изображений, 3Dреконструирование и эксперименты с серийной съёмкой с временным интервалом и эксперименты по отслеживанию эндосом осуществляли либо с помощью программы Zeiss AxioVision с соответствующими модулями 3D и Tracking Zeiss или с помощью платформы для получения изображений Zeiss Zen 2012.- 15 040194 manox 8-wells Lab-Tek II Chamber Slide (Part #: 177445; Nunc). Cells were processed as indicated. Cells and tissue cryosections were then processed for protein detection after fixation with methanol and permeabilization with 0.1% Triton X-100. Slides were mounted for detection using Vectashield Mounting Medium (Catalog #: H-1200; Vector Laboratories). To view membrane-associated proteins, cells were fixed in formalin for 15 min and directly blocked, and then immunostained and imaged using a Zeiss AxioImager Z2 upright microscope. Image analysis, 3D reconstruction and time lapse experiments and endosome tracking experiments were performed either with the Zeiss AxioVision software with appropriate Zeiss 3D and Tracking modules or with the Zeiss Zen 2012 imaging platform.

Измерение флюоресценции. Преадипоциты культивировали в 96-луночном планшете и 12 лунок инфицировали либо лентивирусными частицами с ALMS1 кшРНК, либо лентивирусными частицами с CTRL кшРНК, и подвергали дифференцировке на следующий день в зрелые адипоциты. Через 3 недели, внутриклеточные триглицериды окрашивали с помощью красителя AdipoRed в соответствии с процедурой изготовителя и измеряли флуоресценцию на монохроматоре Tecan Infinite 200 QUAD4 (Tecan, Лион, Франция) на длине волны 520 нм. Полученные данные затем анализировали с помощью программного обеспечения Тесап Magellan Data Analysis с использованием в качестве контроля неокрашенных адипоцитов.Fluorescence measurement. Preadipocytes were cultured in a 96-well plate and 12 wells were infected with either ALMS1 shRNA lentiviral particles or shRNA CTRL lentiviral particles and differentiated the next day into mature adipocytes. After 3 weeks, intracellular triglycerides were stained with AdipoRed according to the manufacturer's procedure and fluorescence measured on a Tecan Infinite 200 QUAD4 monochromator (Tecan, Lyon, France) at 520 nm. The data obtained were then analyzed using Tesap Magellan Data Analysis software using unstained adipocytes as a control.

Эксперименты по коиммунопреципитации. Для экспериментов по коиммунопреципитации мы использовали набор Dynabeads® Antibody Coupling kit (Каталожный номер #: 143.11D, Invitrogen) в комбинации с набором Dynabeads® co-immunprecipitation kit (Каталожный номер #: 143.21D, Invitrogen). hMSC культивировали до конфлуэнтности и адипогенную дифференцировку вызывали сменой среды. Через 7 дней после адипогенной дифференцировки, инициированной сменой среды, адипоциты культивировали с или без Ins за 24 ч до лизиса, затем лизировали в нативных условиях и использовали согласно набору. После иммунопреципитации и высвобождения с гранул образцы загружали на гель NuPAGE 38% TrisAcetate (каталожный номер: EA0375BOX, Invitrogen), с белковым стандартом Hi Mark™ Prestained HMW Protein Standard (Каталожный номер #: LC5699, Invitrogen).Coimmunoprecipitation experiments. For co-immunoprecipitation experiments, we used the Dynabeads® Antibody Coupling kit (Cat. No.: 143.11D, Invitrogen) in combination with the Dynabeads® co-immunprecipitation kit (Cat. No.: 143.21D, Invitrogen). hMSCs were cultured to confluency and adipogenic differentiation was induced by medium change. 7 days after medium change initiated adipogenic differentiation, adipocytes were cultured with or without Ins 24 h prior to lysis, then lysed under native conditions and used according to the kit. After immunoprecipitation and bead release, samples were loaded onto NuPAGE 38% TrisAcetate gel (catalog number: EA0375BOX, Invitrogen), with Hi Mark™ Prestained HMW Protein Standard (Cat#: LC5699, Invitrogen).

Белковый препарат и идентификация с помощью масс-спектрометрии. Гидролиз в геле. Процедуру гидролиза в геле проводили, как описано Rabilloud et al. (ссылка). Приготовление кусков геля до гидролиза трипсином осуществляли с помощью жидкостного робота-обработчика (QuadZ215, Gilson International, Франция). Вкратце, гелевые полосы промывали поочередно 100 мкл 25 мМ NH4HCO3, а затем 100 мкл 50% ацетонитрила (ACN) (3 мин промывка при встряхивании и жидкость сливали перед добавлением следующего растворителя). Этот цикл увлажнения/дегидратации повторяли дважды и кусочки геля сушили в течение 20 мин перед восстановлением (10 мМ ДТТ/25 мМ NH4HCO3 буфер при 56°C в течение 45 мин) и алкилированием (25 мМ йодацетамид/25 мМ NH4HCO3 буфер в течение 45 мин, при комнатной температуре). После этого пятна на геле снова промывали 3 циклами 25 мМ NH4HCO3/ACN поочередно. После 20 мин стадии сушки кусочки геля подвергали регидратации тремя объемами трипсина (Promega, V5111) 12,5 нг/мкл в 25 мМ NH4HCO3 буфере (свежеразбавленном) и инкубировали в течение ночи при комнатной температуре. Трипсинизированные пептиды экстрагировали из геля путем энергичного встряхивания в течение 30 мин в адаптированном объеме 35% Н2О/60% ACN/5% HCOOH и стадией обработки ультразвуком в течение 15 мин.Protein preparation and identification by mass spectrometry. Hydrolysis in gel. The gel hydrolysis procedure was performed as described by Rabilloud et al. (link). Preparation of gel pieces prior to hydrolysis with trypsin was carried out using a liquid processing robot (QuadZ215, Gilson International, France). Briefly, the gel strips were washed alternately with 100 μl of 25 mM NH 4 HCO 3 and then with 100 μl of 50% acetonitrile (ACN) (3 min washes with shaking and the liquid was decanted before adding the next solvent). This humidification/dehydration cycle was repeated twice and the gel pieces were dried for 20 min before reduction (10 mM DTT/25 mM NH4HCO3 buffer at 56°C for 45 min) and alkylation (25 mM iodoacetamide/25 mM NH4HCO3 buffer for 45 min , at room temperature). Thereafter, the spots on the gel were again washed with 3 cycles of 25 mM NH 4 HCO 3 /ACN in turn. After a 20 min drying step, the gel pieces were rehydrated with three volumes of trypsin (Promega, V5111) 12.5 ng/µl in 25 mM NH4HCO3 buffer (freshly diluted) and incubated overnight at room temperature. The trypsinized peptides were extracted from the gel by vigorous shaking for 30 min in an adapted volume of 35% H 2 O/60% ACN/5% HCOOH and a 15 min sonication step.

MALDI-TOF (/TOF) масс-спектрометрия и поиск в базах данных. Измерение MALDI проводили на Autoflex III SmartBeam (Bruker-Daltonik GmbH, Бремен, Германия) матричном лазерном с десорбцией/ионизацией времяпролетном масс-спектрометре (MALDI-TOF TOF), используемом в рефлекторном положительном режиме. Мишень Prespotted Anchorchip (система РАС от Bruker Daltonik, Техническое примечание TN011) с матрицей НССА использовали для анализа триптических гидролизатов. Полученные данные масс фингерпринтинга пептидов (PMF) и данные фингерпринтинга пептидных фрагментов (PFF) объединяли с помощью программного обеспечения Biotools 3.2 (Bruker Daltonik) и переносили интранет-версию в поисковую систему MASCOT (Matrix Science, Лондон, Великобритания). Вариабельные модификации (N-концевое белковое ацетилирование, окисление метионина и карбамидометилирование цистеина) и одно пропущенное трипсином расщепление приняли во внимание и ошибку пептидной массы ограничили до 50 ч./млн. Белки идентифицировали с помощью функции поиска данных против неизбыточной базы данных белковых последовательностей NCBI, а затем против базы данных, ограниченной человеческими последовательностями. Во всех результатах вероятностные баллы были выше, чем балл, установленный как значимый с р-значением, равным 0,05. NanoLC-MSMS масс-спектрометрия и поиск в базах данных. Для анализа nanoLC-MS/MS пептиды были перенесены в стеклянные вставки, совместимые с системой LC-автосамплера (nanoLC-U3000, Dionex, США). Система ЖХ была соединена с массспектрометром ESI-Q-TOF (MicroTOFQ-II, Bruker, Германия). Метод заключался в 60 мин прогоне при скорости потока 300 нл/мин с использованием градиента двух растворителей: А (99,9% воды : 0,1% муравьиной кислоты) и В (99,92% ацетонитрил : 0,08% муравьиной кислоты). Система включает: колонку 300 μm X 5 mm PepMap C18, используемую для преконцентрирования пептидов и колонку 75 μm X 150MALDI-TOF (/TOF) mass spectrometry and database search. MALDI measurement was performed on an Autoflex III SmartBeam (Bruker-Daltonik GmbH, Bremen, Germany) laser desorption/ionization array time-of-flight mass spectrometer (MALDI-TOF TOF) used in reflex positive mode. A Prespotted Anchorchip target (PAC system from Bruker Daltonik, Technical Note TN011) with an HCCA array was used to analyze tryptic hydrolysates. Peptide mass fingerprinting (PMF) data and peptide fragment fingerprinting (PFF) data were combined using Biotools 3.2 software (Bruker Daltonik) and the intranet version was transferred to the MASCOT search engine (Matrix Science, London, UK). Variable modifications (N-terminal protein acetylation, methionine oxidation, and cysteine ureamethylation) and one trypsin-missing cleavage were taken into account and the peptide mass error was limited to 50 ppm. Proteins were identified using a data search function against a non-redundant NCBI protein sequence database and then against a database limited to human sequences. In all outcomes, the probability scores were higher than the score set as significant with a p-value of 0.05. NanoLC-MSMS mass spectrometry and database search. For nanoLC-MS/MS analysis, the peptides were transferred into glass inserts compatible with the LC autosampler system (nanoLC-U3000, Dionex, USA). The LC system was connected to an ESI-Q-TOF mass spectrometer (MicroTOFQ-II, Bruker, Germany). The method consisted of a 60 min run at a flow rate of 300 nl/min using a gradient of two solvents: A (99.9% water: 0.1% formic acid) and B (99.92% acetonitrile: 0.08% formic acid) . The system includes: a 300 µm X 5 mm PepMap C18 column used for peptide preconcentration and a 75 µm X 150 column

- 16 040194 mm С18, используемую для элюирования пептидов. Анализатор TOF калибровали каждый день: данные получали и обрабатывали автоматически с использованием программного обеспечения Hystar 2.8 и DataAnalysis 2.6. Последовательные поиски вначале в базе данных NCBInr, а затем против базы данных, ограниченной человеком, осуществляли для каждого образца с использованием локальной версии Mascot 2.2 (MatrixScience, Великобритания) и ProteinScape 2.0 (Bruker, Германия). Относительное число ложноположительных сигналов (FPR) для идентификации белков оценивали с использованием базы данных обратных ловушек (reverse decoy): валидацию белка проводили с использованием FPR ниже 1%. Кроме того, белки, идентифицированные только по 1 пептиду, проверяли вручную: MS/MS спектры были проверены в соответствии с обычными правилами фрагментации.- 16 040194 mm C18 used to elute the peptides. The TOF analyzer was calibrated every day: data was acquired and processed automatically using Hystar 2.8 and DataAnalysis 2.6 software. Sequential searches first against the NCBInr database and then against a human limited database were performed for each sample using local Mascot 2.2 (MatrixScience, UK) and ProteinScape 2.0 (Bruker, Germany). The relative number of false positive signals (FPR) for protein identification was assessed using a database of reverse traps (reverse decoy): protein validation was performed using an FPR below 1%. In addition, proteins identified by only 1 peptide were checked manually: MS/MS spectra were checked according to the usual fragmentation rules.

In situ анализ близкого лигирования (PLA). Набор Duolink для in situ PLA с антимышиным ПЛЮС зондом и анти-кроличьим МИНУС зондом (Каталожные номера #: 90701 и 90602; OLink Bioscience) использовали в комбинации с соответствующими первичными антителами согласно методике производителя. Человеческие первичные преадипоциты и зрелые адипоциты культивировали в 8-луночном LabTek II chamber slide (Nunc) и обрабатывали как для иммунофлуоресцентной микроскопии до стадии первичной инкубации с антителом. После промывки клетки декорировали PLA ПЛЮС и МИНУС зондами (разведение 1:20) в течение 2 ч при температуре 37°C.In situ close ligation analysis (PLA). The Duolink in situ PLA kit with anti-mouse PLUS probe and anti-rabbit MINUS probe (Cat #: 90701 and 90602; OLink Bioscience) was used in combination with the appropriate primary antibodies according to the manufacturer's protocol. Human primary preadipocytes and mature adipocytes were cultured in an 8-well LabTek II chamber slide (Nunc) and processed as for immunofluorescence microscopy prior to the initial antibody incubation step. After washing, cells were decorated with PLA PLUS and MINUS probes (1:20 dilution) for 2 h at 37°C.

Гибридизацию и лигирование зондов, амплификацию и конечную промывку SSC проводили в соответствии с методикой производителя. Перенос флуоресценции на основании белок-белковых взаимодействий визуализировали с использованием набора обнаружения Duolink 613 (OLink Bioscience) и получали изображения.Hybridization and ligation of the probes, amplification and final washing of the SSC were performed according to the manufacturer's protocol. Fluorescence transfer based on protein-protein interactions was visualized using a Duolink 613 detection kit (OLink Bioscience) and imaged.

Статистика. Статистический анализ проводился с использованием программного обеспечения GraphPad Prism 5 (GraphPad Software, Inc., США). Результаты представлены в виде средних значений±стандартное отклонение. Значимость результатов определяли с помощью двустороннего критерия Стьюдента или теста непараметрического U-критерия Манна-Уитни для статистического сравнения данных BMI и AUC. Значение Р<0,05 учитывалось при определении статистической значимости и отмечено звездочкой.Statistics. Statistical analysis was performed using GraphPad Prism 5 software (GraphPad Software, Inc., USA). The results are presented as means ± standard deviation. The significance of the results was determined using a two-tailed Student's t-test or a non-parametric Mann-Whitney U-test for statistical comparison of BMI and AUC data. The value of P<0.05 was taken into account in determining the statistical significance and marked with an asterisk.

С помощью первичных преадипоцитов человека в качестве модели in vitro авторы локализовали ALMS1 преимущественно в цитоплазматическом, а не, как ранее сообщалось, центросомном пуле. ALMS1 был подвергнут сайленсу во время адипогенеза, и хотя наблюдалось значительное снижение антиадипогенного фактора Pref-1, не было обнаружено никаких значительных различий в уровнях экспрессии проадипогенных факторов транскрипции, таких как cEBPs и PPARy.Using primary human preadipocytes as an in vitro model, the authors localized ALMS1 predominantly in the cytoplasmic rather than, as previously reported, in the centrosomal pool. ALMS1 was silenced during adipogenesis, and although there was a significant decrease in the anti-adipogenic factor Pref-1, no significant differences were found in the expression levels of pro-adipogenic transcription factors such as cEBPs and PPARy.

После сайленсинга ALMS1 в 2-недельных зрелых адипоцитах способность поглощения глюкозы оценивали с использованием меченого аналога глюкозы (2-NBDG). При отсутствии стимуляции инсулином в подвергнутых сайленгингу по ALMS1 и контрольных зрелых адипоцитах поглощение 2-NBDG не детектировалось (фиг. 2А). С другой стороны, стимуляция инсулином приводит к повышенному потреблению 2-NBDG в контрольных зрелых адипоцитах человека (фиг. 2В, верхняя панель), но не в клетках, подергнутых сайленсингу по ALMS1 (фиг. 2В, нижняя панель). В дополнение к снижению поглощения глюкозы в адипоцитах, подвергнутых сайленгсингу по ALMS1, авторы наблюдали уменьшение внутриклеточных триглицеридов (TG) в этих клетках уже через неделю (фиг. 2C-D). Следует отметить, что это сниженное поглощение глюкозы в ALMS1-дефицитных адипоцитах не было связано со снижением фосфорилирования AKT ниже по сигнальному пути инсулина, так как уровни pS473-AKT после 30минутной инкубации с инсулином были похожи как на уровни контрольных, так и подвергнутых сайленсингу по ALMS1 человеческих адипоцитов (фиг. 2E-F), что соответствует уровням фосфорилирования AKT от нормальных до повышенных, наблюдавшихся ранее в мышиных адипоцитах Alms1foz/foz (фиг. 1G).Following ALMS1 silencing in 2-week-old mature adipocytes, glucose uptake capacity was assessed using a labeled glucose analog (2-NBDG). In the absence of insulin stimulation, 2-NBDG uptake was not detected in ALMS1-silencing and control mature adipocytes (FIG. 2A). On the other hand, insulin stimulation results in increased 2-NBDG uptake in control mature human adipocytes (FIG. 2B, upper panel), but not in ALMS1-silencing cells (FIG. 2B, lower panel). In addition to reducing glucose uptake in ALMS1-silencing adipocytes, we observed a decrease in intracellular triglycerides (TG) in these cells as early as a week later (Fig. 2C-D). Of note, this reduced glucose uptake in ALMS1-deficient adipocytes was not associated with a decrease in AKT phosphorylation downstream of the insulin signaling pathway, as pS473-AKT levels after 30 min of insulin incubation were similar to both control and ALMS1 silencing levels. human adipocytes (FIGS. 2E-F), consistent with the normal to elevated levels of AKT phosphorylation previously observed in mouse Alms1 foz/foz adipocytes (FIG. 1G).

Авторы далее исследовали динамику GLUT4 в адипоцитах человека в отсутствие ALMS1. Клеточная локализация инсулинового рецептора (IR) в плазматической мембране не нарушалась после сайленсинга ALMS1 и детектировалась вблизи плазматической мембраны (РМ) в отсутствие инсулина (фиг. 2G, верхняя панель). В отличие от этого, в ALMS1-дефицитных адипоцитах в отсутствие инсулина GLUT4 утратил свою перинуклеарную локализацию и детектировался рассредоточено по всей цитоплазме клетки, а не в своей предполагаемой обычной перинуклеарной локализации (фиг. 2G, средние и нижние панели и 2Н). При стимуляции инсулином наблюдалось движение GLUT4 к РМ в пределах актиновой сетки (фиг. 2I) как в контрольных, так и в подвергнутых сайленсингу по ALMS1 адипоцитах. Через 2 ч после стимуляции инсулином в отсутствие инсулина GLUT4 все еще обнаруживался рассредоточенным по всей цитоплазме подвергнутых сайленсингу по ALMS1 адипоцитов, тогда как у контрольных адипоцитов GLUT4 соответствующим образом релокализовался в перинуклеарном области (фиг. 2J). Поскольку существует равновесие между экзоцитозом и эндоцитозом GLUT4-везиkул в РМ и из РМ, авторы проверили, для исключения возможности, не из-за дефектного ли эндоцитоза GLUT4 происходит нарушение сортировки GLUT4 в подвергнутых сайленсингу по ALMS1 адипоцитах. При исследовании динамина, ключевой молекулы эндоцитоза, не было выявлено различий в уровне белка или клеточной локализации после сайленсинга ALMS1 в адипоцитах. Кроме того, средние скорости меченых эндосом были похожиThe authors further investigated the dynamics of GLUT4 in human adipocytes in the absence of ALMS1. Cellular localization of the insulin receptor (IR) to the plasma membrane was not disturbed after ALMS1 silencing and was detected near the plasma membrane (PM) in the absence of insulin (Fig. 2G, upper panel). In contrast, in ALMS1-deficient adipocytes in the absence of insulin, GLUT4 lost its perinuclear localization and was detected dispersed throughout the cell cytoplasm rather than in its putative usual perinuclear localization (Fig. 2G, middle and lower panels and 2H). Upon insulin stimulation, movement of GLUT4 to PM was observed within the actin network (Fig. 2I) in both control and ALMS1-silencing adipocytes. Two hours after insulin stimulation in the absence of insulin, GLUT4 was still found dispersed throughout the cytoplasm of ALMS1-silencing adipocytes, while in control adipocytes, GLUT4 was appropriately relocalized to the perinuclear region (Fig. 2J). Since there is a balance between exocytosis and endocytosis of GLUT4 vesicles in and out of the PM, the authors tested to rule out whether defective GLUT4 endocytosis is responsible for GLUT4 missorting in ALMS1-silencing adipocytes. When examining dynamin, a key molecule of endocytosis, no differences in protein level or cellular localization were found after ALMS1 silencing in adipocytes. In addition, the average rates of labeled endosomes were similar

- 17 040194 между подвергутыми сайленсингу по ALMS1 и контрольными адипоцитами, что является доводом против дефекта эндоцитоза, вызывающего сниженное наличие GLUT4 в РМ в ответ на передачу сигналов инсулина.- 17 040194 between ALMS1 silencing and control adipocytes, arguing against an endocytosis defect causing reduced GLUT4 presence in the RM in response to insulin signaling.

Пример 3. ALMS1 требуется для направленной миграции TBC1D4 в РМ в ответ на сигнал инсулина.Example 3 ALMS1 is required for targeted migration of TBC1D4 into PM in response to an insulin signal.

Для того чтобы понять молекулярный механизм, лежащий в основе влияния инактивации ALMS1 на локализацию GLUT4, авторы определили взаимодействие партнеров ALMS1 в человеческих адипоцитах. Иммунопреципитацию (IP) с использованием ALMS1 в качестве приманки проводили с использованием молодых зрелых человеческих адипоцитов (4 дня после переключения дифференцировки) с последующей идентификацией взаимодействующих с ALMS 1 партнеров масс-спектрометрией. Среди белков, иммунопреципитированных с ALMS1, был TBC1D4, известная GTPаза субстрата AKT, требуемая для правильного удержания GLUT4 в GLUT4-сортировочных везикулах (GSV) и для транслокации GLUT4 к клеточной мембране для внутриклеточного поглощения глюкозы.In order to understand the molecular mechanism underlying the effect of ALMS1 inactivation on GLUT4 localization, the authors determined the interaction of ALMS1 partners in human adipocytes. Immunoprecipitation (IP) using ALMS1 as a bait was performed using young mature human adipocytes (4 days after differentiation switch) followed by identification of ALMS 1 interacting partners by mass spectrometry. Among the proteins immunoprecipitated with ALMS1 was TBC1D4, a known AKT substrate GTPase required for proper retention of GLUT4 in GLUT4 sorting vesicles (GSV) and for translocation of GLUT4 to the cell membrane for intracellular glucose uptake.

Пример 4. Разработка модели структурной гомологии для ALMS1, TBC1D4 и aPKC.Example 4 Development of a Structural Homology Model for ALMS1, TBC1D4 and aPKC.

Поскольку кристаллическая структура Alms1 еще не получена, использовали in silico структурное моделирование гомологии для прогнозирования 3D-структуры ALMS1 и идентификации структурных мотивов, которые могут связывать потенциальные взаимодействующие лиганды (фиг. За-C).Since the crystal structure of Alms1 has not yet been obtained, in silico structural homology modeling was used to predict the 3D structure of ALMS1 and identify structural motifs that can bind potential interacting ligands (FIG. 3a-C).

Структурная модель ALMS1. Модель ALMS1 была построена с использованием метода моделирования фрагментов с помощью программы гомологичного моделирования, Modeller. Последовательность аминокислот для каждого экзона ALMS1 была направлена в профилированный поточный алгоритм, доступный на сервере PISRED на основании чего были идентифицированы подходящие шаблоны. Затем эти идентифицированные шаблонные белки выравнивали с соответствующими экзонными последовательностями и каждый экзон моделировали отдельно с помощью Modeller. Оптимизацию энергии и выбор моделей проводили на основании балла энергии дискретного оптимизированного белка. И, наконец, модели собирали для того, чтобы построить структуру полноразмерного ALMS1 и полноразмерный белок был расслаблен и минимизирован с помощью программы симуляции молекулярной динамики NAMD.Structural model of ALMS1. The ALMS1 model was built using the fragment modeling method with the homologous modeling program, Modeller. The amino acid sequence for each exon of ALMS1 was sent to a profiled streaming algorithm available on the PISRED server, based on which suitable templates were identified. These identified template proteins were then aligned with the corresponding exon sequences and each exon was modeled separately using Modeller. Energy optimization and model selection were performed based on the energy score of the discrete optimized protein. Finally, models were assembled to build the structure of full-length ALMS1 and the full-length protein was relaxed and minimized using the NAMD molecular dynamics simulation program.

Структурная модель РТР-связывающего домена TBC1D4. РТР-связывающий домен TBC1D4 находится в пределах первых 160 остатков. Надежная структура гомологов, моделирующая структуру между РТР-связывающим доменом и Rab-связывающим доменом, не была определена. Кристаллическую структуру РТР-домена мышиного Disabled-1 (Dab-1), 1NU2 (Е-значение=5.2е-17), которая была идентифицирована на основании НММ-поиска по шаблону в швейцарской модели, использовали в качестве шаблона для построения РТР-связывающего домена TBC1D4.Structural model of the PTP-binding domain of TBC1D4. The PTP binding domain of TBC1D4 is within the first 160 residues. A reliable homologue structure that mimics the structure between the PTP binding domain and the Rab binding domain has not been determined. The crystal structure of the PTP domain of mouse Disabled-1 (Dab-1), 1NU2 (E-value=5.2e-17), which was identified based on the HMM pattern search in the Swiss model, was used as a template to construct the PTP binding domain TBC1D4.

Домен РТР из TBC1D4 взаимодействует с ALMS-1. Макромолекулярная стыковка была осуществлена с использованием алгоритма ClusPro 2.0. Остатки, расположенные на поверхности взаимодействия с перекрытием >0,4 А рассматривались как взаимодействующие остатки. Interproscan показал, что ALMS-1 содержит WD40-подобный домен в пределах первых 3871 остатков. Белки, содержащие домен WD40, представляют собой семейство белков, функционирующих как каркасы для макромолекулярных взаимодействий.The PTP domain of TBC1D4 interacts with ALMS-1. Macromolecular docking was performed using the ClusPro 2.0 algorithm. Residues located on the interaction surface with an overlap of >0.4 A were considered as interacting residues. Interproscan showed that ALMS-1 contains a WD40-like domain within the first 3871 residues. Proteins containing the WD40 domain are a family of proteins that function as scaffolds for macromolecular interactions.

РТР-связывающий домен TBC1D4 взаимодействует с ALMS1. Вначале РТР-связывающий домен и RabGTP-связывающий домен TBC1D4 соединяли с моделью ALMS1 с помощью сервера Cluspro 2 для определения наиболее вероятного участка взаимодействия. Затем оба домена соединяли с их соответствующими участками взаимодействия в ALMS1 с использованием AutoDock 4.2 и рассчитывали их аффинности связывания. На основании сродства РТР-связывающий домен TBC1D4 связывает ALMS1 с ~100 раз более высоким сродством по сравнению с RabGTP-связывающим доменом. Следовательно, авторы настоящего изобретения спрогнозировали, что РТР-связывающий домен может иметь более высокую вероятность взаимодействия с молекулой ALMS1 по сравнению с RabGTP-связывающим доменом.The PTP binding domain of TBC1D4 interacts with ALMS1. First, the PTP-binding domain and the RabGTP-binding domain of TBC1D4 were connected to the ALMS1 model using the Cluspro 2 server to determine the most likely interaction site. Both domains were then linked to their respective interaction sites in ALMS1 using AutoDock 4.2 and their binding affinities calculated. Based on affinity, the PTP binding domain of TBC1D4 binds ALMS1 with ~100 times higher affinity than the RabGTP binding domain. Therefore, the present inventors predicted that the PTP binding domain may have a higher likelihood of interacting with the ALMS1 molecule compared to the RabGTP binding domain.

Моделирование РТР-домена из TBC1D4. Домен связывания фосфотирозина в TBC1D4 смоделировали после идентификации подходящего шаблона из алгоритма идентификации шаблона швейцарской модели.Modeling the PTP domain from TBC1D4. The phosphotyrosine binding domain in TBC1D4 was modeled after the identification of a suitable template from the Swiss Model Template Identification Algorithm.

Стыковка РТР-домена и RabGTP-связывающего домена из TBC1D4 с ALMS1. Вначале РТРсвязывающий домен и RabGTP-связывающий домен TBC1D4 соединяли с ALMS1 с использованием сервера Cluspro 2 и идентифицировали участок взаимодействия. Затем оба домена соединяли с их соответствующими участками взаимодействия с помощью AutoDock 4.2 и рассчитывали их аффинности связывания.Docking of the PTP domain and RabGTP binding domain from TBC1D4 to ALMS1. First, the PTP binding domain and the RabGTP binding domain of TBC1D4 were connected to ALMS1 using a Cluspro 2 server and an interaction site was identified. Both domains were then connected to their respective interaction sites using AutoDock 4.2 and their binding affinities calculated.

- 18 040194- 18 040194

Прогнозируемые номера остатков ALSM-1 с потенциалом взаимодействия с другим лигандом Predicted numbers of ALSM-1 residues with potential for interaction with another ligand 65,66,69,72,73,74,75,76,77,78,80,87,2875,2876,2877,2878,2879,2880,2881,2882,2883,2884,2885,2887,2888,28 89,2890,2892,2893,2894,2895,2897,2909,2910,2912,2929,2931,2932,2933,2934,2935,3557,3558,4131,144,145, 146,147,148,149,150,151,193,194,195,198,199,200,201,205,208,211,214,226,227,229,233,234,235,236,239,242 ,243,246,248,249,250,251,252,314,319,321,986,1341,1344,2269,113,114,115,116,123,126,127,128,1340,1438,1 439,1440,1441,1442,1443,1444,1446,1447,1448,1449,1450,1451,1452,1453,1454,1457,1458,1459,1478,1915,1 918,1919,1920,1922,1923,1930,2041,2042,2043,2257,2267,2483,2484,3866,218,219,220,221,222,223,224,277, 278,279,282,285,286,287,288,686,688,689,690,691,699,1856,1858,1859,1861,1862,1863,1864,1865,1866,1867, 1868,1869,1870,1871,1872,1949,1968,1969,1971,1974,1979,1980,1981,1982,1983,1984,2104,2107,2111,2870, 2872,2874,2915,3285,3286,3287,793,795,796,797,1285,1314,1408,1409,1422,1423,1425,1426,1427,1430,1431, 1671,1672,1794,1797,2538,2539,2540,2555,2556,2557,2563,2564,2565,2567,2568,2588,2591,2599,2603,2699, 2701,2702,3108 65,66,69,72,73,74,75,76,77,78,80,87,2875,2876,2877,2878,2879,2880,2881,2882,2883,2884,2885,2887,2888, 28 89,2890,2892,2893,2894,2895,2897,2909,2910,2912,2929,2931,2932,2933,2934,2935,3557,3558,4131,144,145, 146,147,148,149,150,151,193,194,195,198,199,200,201,205,208,211,214,226,227,229,233,234,235,236,239,242 ,243,246,248,249,250,251,252,314,319,321,986,1341,1344,2269 ,113,114,115,116,123,126,127,128,1340,1438,1 439,1440,1441,1442,1443,1444,1446,1447,1448,1449,1450,1451,1452,1453,1454,1457,1458,1459,1478,1915,1 918 ,1919,1920,1922,1923,1930,2041,2042,2043,2257,2267,2483,2484,3866,218,219,220,221,222,223,224,277, 278,279,282,285,286,287,288,686,688,689,690,691,699,1856,1858,1859,1861,1862,1863,1864,1865,1866,1867 , 1868.1869.1870.1871.1872.1949.1968.1969.1971.1974.1979.1980.1981.1982.1983.1984.2104.2107.2111.2870 ,3287,793,795,796,797,1285,1314,1408,1409,1422,1423,1425,1426,1427,1430,1431, 1671,1672,1794,1797,2538,2539,2540,2555,2556,25 .2565.2567.2568.25 88.2591.2599.2603.2699, 2701.2702.3108 Прогнозируемые остатки ALMS1, опосредующие взаимодействие с аРКС Projected balances ALMS1 mediating interaction with aRKS Е17, D58, S59, G62, Н65, L66, Q736, Т737, Е738, D828, S829, Т1088, D1089, А1169, Q1170, F2882, L2883, Е2884 E17, D58, S59, G62, H65, L66, Q736, T737, E738, D828, S829, T1088, D1089, A1169, Q1170, F2882, L2883, E2884 Прогнозируемые номера остатков аРКС, опосредующие взаимодействие с ALMS1 Predicted numbers of arKC residues mediating interaction with ALMS1 F114, D116, С118, L121, N138, Q142, 1145, Р148, G433, Е545, S562, S566, F597, D601, W602, К604, Е606, G620, T631,V664,1667 F114, D116, C118, L121, N138, Q142, 1145, P148, G433, E545, S562, S566, F597, D601, W602, K604, E606, G620, T631, V664, 1667 Прогнозируемые остатки TBC1D4, опосредующие взаимодействие с ALMS1 Predicted TBC1D4 residues mediating interaction with ALMS1 G75, А76, Р77, А78, R80, Е81, V82,183 G75, A76, R77, A78, R80, E81, V82.183 Прогнозируемые остатки ALMS1, опосредующие взаимодействие с TBC1D4 Projected balances ALMS1 mediating interaction with TBC1D4 Н65, L66, S2879 H65, L66, S2879

Модель гомологии показала, что Almsl предположительно имеет структуру типа яблочный огрызок с большим количеством участков связывания с потенциальными лигандами, сосредоточенными вокруг сердевины. Кристаллическая структура TBC1D4 аналогичным образом не была получена, и поэтому авторы использовали подход гомологичного моделирования для предсказания структуры РТРсвязывающего домена TBC1D4 (фиг. 3C-D). Затем проводили in silico исследования по стыковке, которые спрогнозировали высокое сродство связывания TBC1D4 с ALMS1 через водородные связи остатков TBC1D4 G75, А76, Р77, А78, R80, Е81, V82, I83, которые взаимодействуют с остатками Н65, L66, S2879 в Alms1 (фиг. 4А). Колокализацию ALMS1 и TBC1D4 затем подтверждали в адипоцитах человека иммунофлюоресцентными исследованиями (фиг. 4В). Далее тестировали уровни экспрессии GLUT4, TBC1D4 и IRAP в адипоцитах с сайленсингом ALMS1 с или без стимуляции инсулином, но никаких существенных различий не обнаружили (фиг. 4С). После фосфорилирования активированным AKT фосфорилированный TBC1D4 (p-TBC1D4) в адипоцитах направленно воздействует на RAB-белки, такие как RAB14 и RAB10, перед направленной миграцией GSV в РМ. Тем не менее, при стимуляции инсулином подвергнутых сайленсингу по ALMS1 адипоцитов, в уровнях TBC1D4, p-TBC1D4, RAB14 и RAB10 не было обнаружено никакой разницы (фиг. 4). Авторы затем сфокусировались на клеточной локализации GLUT4. При отсутствии стимуляции инсулином сайленсинг TBC1D4 воспроизводит влияние сайленсинга ALMS1 в зрелых адипоцитах, т.е. нарушенная локализация GLUT4 по всей цитоплазме (фиг. 4Е). В ответ на стимуляцию инсулином в контрольных адипоцитах GLUT4 высвобождается из перинуклеарной области, распространяется по всей цитоплазме адипоцитов (фиг. 4F), таким образом, воспроизводя картину распределения GLUT4, наблюдаемую в адипоцитах с сайленсингом по ALMS1 и TBC1D4 в отсутствие (фиг. 4Е) и присутствии (фиг. 4F) инсулина. Авторы изобретения в дальнейшем исследовали влияние сайленсинга ALMS1 на клеточную динамику TBC1D4 в ответ на инсулин. В отсутствии инсулина TBC1D4 локализуется в перинуклеарной области как в контрольных, так и в подвергнутых сайленсингу по ALMS1 адипоцитах (фиг. 4G), но, что примечательно, в ответ на инсулин TBC1D4 транспортировался в РМ только в контрольных, но не в подвергнутых сайленсингу по ALMS1 адипоцитах (фиг. 4Н).The homology model showed that Almsl is expected to have an apple core structure with a large number of potential ligand binding sites centered around the core. The crystal structure of TBC1D4 was not similarly obtained and therefore we used a homologous modeling approach to predict the structure of the PTP binding domain of TBC1D4 (Fig. 3C-D). Then, in silico docking studies were performed that predicted a high binding affinity of TBC1D4 to ALMS1 via the hydrogen bonds of TBC1D4 residues G75, A76, P77, A78, R80, E81, V82, I83, which interacted with residues H65, L66, S2879 in Alms1 (Fig. .4A). Colocalization of ALMS1 and TBC1D4 was then confirmed in human adipocytes by immunofluorescence assays (FIG. 4B). Next, the expression levels of GLUT4, TBC1D4 and IRAP in ALMS1 silencing adipocytes with or without insulin stimulation were tested, but no significant differences were found (Fig. 4C). After phosphorylation with activated AKT, phosphorylated TBC1D4 (p-TBC1D4) in adipocytes targets RAB proteins such as RAB14 and RAB10 before targeting GSV migration into the PM. However, when ALMS1 silencing adipocytes were stimulated with insulin, no difference was found in the levels of TBC1D4, p-TBC1D4, RAB14 and RAB10 (FIG. 4). The authors then focused on the cellular localization of GLUT4. In the absence of insulin stimulation, TBC1D4 silencing reproduces the effect of ALMS1 silencing in mature adipocytes; impaired localization of GLUT4 throughout the cytoplasm (Fig. 4E). In response to insulin stimulation in control adipocytes, GLUT4 is released from the perinuclear region, distributed throughout the adipocyte cytoplasm (Fig. 4F), thus reproducing the distribution pattern of GLUT4 observed in adipocytes silencing ALMS1 and TBC1D4 in the absence (Fig. 4E) and presence (Fig. 4F) of insulin. The inventors further investigated the effect of ALMS1 silencing on TBC1D4 cellular dynamics in response to insulin. In the absence of insulin, TBC1D4 localizes to the perinuclear region in both control and ALMS1-silencing adipocytes (Fig. 4G), but, notably, in response to insulin, TBC1D4 was transported into the PM only in controls and not in ALMS1-silencing adipocytes. adipocytes (Fig. 4H).

Пример 5. ALMS1 формирует динамический белковый комплекс, ALMSому, необходимый для инсулин-стимулированного транспорта глюкозы в зрелых адипоцитах человека.Example 5 ALMS1 forms a dynamic protein complex, the ALMSome, required for insulin-stimulated glucose transport in mature human adipocytes.

Хотя авторы изобретения показали, что сайленсинг ALMS1 предотвращает таргетирование TBC1D4 в РМ, по прежнему необъяснимо, объясняет ли это нарушение серьезное снижение потребления глюкозы, наблюдаемое в ALMS1-дефицитных адипоцитах. Поэтому авторы изобретения сравнили клеточное поглощение 2-NBDG при стимуляции инсулином в подвергнутых сайленсингу по ALMS1 или TBC1D4 или контрольных адипоцитах и обнаружили отсутствие поглощения 2-NBDG в подвергнутых сайленсингу по ALMS1 адипоцитах по сравнению с контрольными адипоцитами (фиг. 5А-В), при этом сниженное, по сравнению с контролем, фактическое количество 2-NBDG все еще поглощалось адипоцитами, подвергнутыми сайленсингу по TBC1D4 (фиг. 5С). Последующие анализы связывания антитела к GLUT4 либо в адипоцитах с сайленсингом ALMS1, либо с сайленсингом TBC1D4, либо контрольных адипоцитах после 30 мин стимуляции инсулином показали высокую долю GLUT4 в РМ в контрольных адипоцитах и в адипоцитах с сайленсингом TBC1D4, но не клетках с сайленсингом ALMS1 (фиг. 5D-F), что указывает на то, что вторичный дефект при направленной миграции TBC1D4 в РМ в клетках с сайленсингом Alms1 сам по себе не объясняет очень серьезный дефект транспорта глюкозы и экспрессии GLUT4 РМ в ALMS1-дефицитных клетках. Дальнейшее изучение IP-данных по Alms1 выявило несколько субъединиц V типа АТРазных протонных (Н+) насосов (А, В, D1 и G2), которые, как затем показали авторы, экспрессировались в зрелых адипоцитах (фиг. 5G) вместе с aPKC, активирующей киназой Н+-насосов под конAlthough the inventors have shown that ALMS1 silencing prevents TBC1D4 targeting in the PM, it is still unexplained whether this disruption explains the severe decrease in glucose uptake observed in ALMS1-deficient adipocytes. Therefore, the inventors compared the cellular uptake of 2-NBDG upon insulin stimulation in ALMS1 or TBC1D4-silencing or control adipocytes and found no uptake of 2-NBDG in ALMS1-silencing adipocytes compared to control adipocytes (Fig. 5A-B), while a reduced, compared to control, actual amount of 2-NBDG was still taken up by adipocytes subjected to TBC1D4 silencing (FIG. 5C). Subsequent anti-GLUT4 antibody binding assays in either ALMS1-silencing or TBC1D4-silencing adipocytes or control adipocytes after 30 min of insulin stimulation showed a high proportion of GLUT4 in PM in control adipocytes and in TBC1D4-silencing adipocytes, but not ALMS1-silencing cells (Fig. 5D-F), indicating that a secondary defect in TBC1D4 targeted migration into PM in Alms1-silencing cells does not alone explain the very severe defect in glucose transport and GLUT4 PM expression in ALMS1-deficient cells. Further examination of Alms1 IP data revealed several ATPase proton (H + ) pump type V subunits (A, B, D1 and G2), which, as the authors then showed, were expressed in mature adipocytes (Fig. 5G) together with aPKC activating kinase H + -pumps under con

- 19 040194 тролем инсулина. С помощью метода in situ PLA Duolink, нацеленного на ALMS1 и субъединицы А1 и D1 протонных насосов (фиг. 5Н), а также с помощью коиммуноокрашивания ALMS1, А1 и D1 субъединиц V-АТРазы и aPKC (фиг. 5Н, I), авторы настоящего изобретения подтвердили, что ALMS1 находился в непосредственной близости к V-АТФазным Н+-насосам в зрелых адипоцитах в присутствии инсулина. ALMS1 колокализован с субъединицей V0D1 протонного насоса (фиг. 5I), которая встроена в мембрану GSV, что указывает на то, что в адипоците ALMS1 транспортируется вместе с протоными насосами, локализованными в GSV. С помощью структурной in silico модели партнеров, взаимодействующих с ALMS1, авторы определили мотив связывания РКС с Alms1. Сайты связывания для TBC1D4 и aPKC на Alms1 находились так близко, что модель показала, что одновременное присоединение обоих белков на Alms1 не представлялось возможным из-за стерических затруднений (фиг. 5J). В следствие этого авторы выдвинули гипотезу. Чтобы проверить свою гипотезу о том, что в адипоцитах связывание ALMS1 с aPKC или в ином случае с TBC1D4 находится под обратным контролем сигнального пути инсулина, авторы провели дополнительные IP, с использованием ALMS1 в качестве приманки, но на этот раз с применением зрелых адипоцитов человека, культивируемых в присутствии или в отсутствие инсулина, при этом провели иммуноблоттинг IP как по aPKC, так и по TBC1D4. Результаты показали, что aPKC осаждается только посредством Alms1 и детектируется иммуноблоттингом в экстрактах адипоцитов, инкубированных в отсутствие инсулина (фиг. 5K), тогда как TBC1D4 осаждается ALMS1 и детектируется в экстрактах адипоцитов, инкубированных в присутствии инсулина, в соответствии с авторской моделью реципроктного инсулин-регулируемого связывания Alms1 (фиг. 5L).- 19 040194 insulin control. Using the in situ PLA Duolink method targeting ALMS1 and the A1 and D1 subunits of the proton pumps (Fig. 5H), as well as co-immunostaining with ALMS1, A1 and D1 of the V-ATPase and aPKC subunits (Fig. 5H, I), the present authors inventions confirmed that ALMS1 was in close proximity to the V-ATPase H + pumps in mature adipocytes in the presence of insulin. ALMS1 is colocalized with the V0D1 subunit of the proton pump (Fig. 5I), which is embedded in the GSV membrane, indicating that in the adipocyte ALMS1 is transported along with proton pumps localized in GSV. Using a structural in silico model of partners interacting with ALMS1, the authors determined the motif of PKC binding to Alms1. The binding sites for TBC1D4 and aPKC on Alms1 were so close that the model showed that simultaneous attachment of both proteins on Alms1 was not possible due to steric hindrance (Fig. 5J). As a result, the authors put forward a hypothesis. To test their hypothesis that in adipocytes, ALMS1 binding to aPKC, or otherwise TBC1D4, is under inverse control of the insulin signaling pathway, the authors performed additional IPs using ALMS1 as a bait, but this time using mature human adipocytes. cultured in the presence or absence of insulin, while conducting IP immunoblotting for both aPKC and TBC1D4. The results showed that aPKC was only precipitated by Alms1 and detected by immunoblotting in insulin-free adipocyte extracts (Fig. 5K), while TBC1D4 was precipitated by ALMS1 and detected in insulin-incubated adipocyte extracts, in accordance with the author's reciprocal insulin model. regulated Alms1 binding (Fig. 5L).

Пример 6. ALMSома требуется для подкисления GSV перед доставкой GLUT4 в плазматическую мембрану.Example 6 ALMSoma is required for acidification of GSV prior to delivery of GLUT4 to the plasma membrane.

Хотя было известно, что фосфорилирование TBC1D4 с помощью AKT в некоторых случаях приводит к направленной миграции GLUT4, конечная стадия слияния GSV-PM является инсулинрегулируемым AKT-независимым событием, которое требует осмотического набухания GSV под действием vATPазных Н+-насосов. Тем не менее, отсутствовала информация о фактическом сигнале и механизме активации Н+-насосов инсулином. Авторы протестировали возможность предотвращения подкисления GSV при инактивации ALMS1 и, в следствие этого, химио-осмотического высвобождения GLUT4 в РМ с помощью ацидотрофного красителя акридинового оранжевого, который испускает зеленую флуоресценцию при низкой концентрации, и оранжево-красную флуоресценцию при высоких концентрации в лизосомах, в которых акридиновый оранжевый протонируется и секвестрируется. В отсутствие инсулина в адипоцитах не была обнаружена оранжево-красная флуоресценция. Напротив, инсулин вызывал быстрое появление красного цвета в контрольных зрелых адипоцитах человека (фиг. 6А), но не в подвергнутых сайленсингу по ALMS1 адипоцитах (фиг. 6В), что служит указанием потери инсулинопосредованного подкисления лизосом в адипоцитах, подвергнутых сайленсингу по ALMS1.Although AKT phosphorylation of TBC1D4 has been known to result in targeted GLUT4 migration in some cases, the final step of GSV-PM fusion is an insulin-regulated AKT-independent event that requires osmotic swelling of GSV by vATPase H + pumps. However, there was no information on the actual signal and mechanism of activation of H + pumps by insulin. The authors tested the possibility of preventing acidification of GSV upon inactivation of ALMS1 and, as a consequence, the chemo-osmotic release of GLUT4 in PM using the acidotrophic dye acridine orange, which emits green fluorescence at low concentrations and orange-red fluorescence at high concentrations in lysosomes in which acridine orange is protonated and sequestered. In the absence of insulin, no orange-red fluorescence was detected in adipocytes. In contrast, insulin induced a rapid red color in control mature human adipocytes (FIG. 6A) but not in ALMS1-silencing adipocytes (FIG. 6B), indicating a loss of insulin-mediated acidification of lysosomes in ALMS1-silencing adipocytes.

Изобретатели затем проверили, действительно ли подкисление адипоцитов с сайленсингом по ALMS1 с помощью нигерицина (NIG), электронейтрального ионофора К++ обмена, о котором известно, что он вызывает осмотическое набухание GSV, может обойти Alms1-ассоциированный дефект слияния GLUT4 и поглощение глюкозы. Обработка NIG привела к быстрому подкислению как контрольных, так и подвергнутых сайленсингу по ALMS1 адипоцитов (фиг. 6C-D), что привело к активации набухания и слияния внутриклеточных везикул. Параллельно с этим анализ электронной микроскопией показал везикулы, расположенные рядом с РМ без слияния в отсутствие инсулина как в контрольных адипоцитах, так и в адипоцитах, подвергнутых сайленсингу по ALMS1 (фиг. 6E-F, верхние панели). Обработка инсулином вызывала набухание везикул (фиг. 6Е, средние панели), ассоциированное со слиянием везикул с РМ, для поглощения глюкозы только в контрольных адипоцитах (фиг. 6Е, средние панели), но не в подвергнутых сайленсингу по ALMS1 адипоцитах (фиг. 6F, средние панели). Однако NIG индуцировал везикулярное набухание и слияние с РМ как в контрольных, так и в подвергнутых сайленсингу по ALMS1 адипоцитах (фиг. 6E-F, нижние панели). Обработка NIG восстанавливала поглощение глюкозы в подвергнутых сайленсингу по ALMS1 адипоцитах. В то время как инсулин оказывает незначительное влияние на стимуляцию поглощения 2-NBDG в адипоцитах, подвергнутых сайленсингу по ALMS1 (фиг. 6G-H, верхняя и средняя панели), NIG не только восстановил слияние везикул, но и, как показано, восстановил поглощение 2-NBDG в адипоцитах, подвергнутых сайленсингу по ALMS1, до уровней, наблюдаемых в контрольных клетках (фиг. 6G-H, нижние панели).The inventors then tested whether ALMS1-silencing adipocyte acidification with nigericin (NIG), an electrically neutral K + /H + exchange ionophore known to induce osmotic swelling of GSV, could bypass the Alms1-associated GLUT4 fusion defect and glucose uptake. . NIG treatment resulted in rapid acidification of both control and ALMS1 silencing adipocytes (Fig. 6C-D), resulting in activation of swelling and fusion of intracellular vesicles. In parallel, electron microscopy analysis showed vesicles adjacent to the PM without fusion in the absence of insulin in both control and ALMS1 silencing adipocytes (Fig. 6E-F, upper panels). Insulin treatment induced vesicle swelling (FIG. 6E, middle panels) associated with vesicle fusion with PM for glucose uptake only in control adipocytes (FIG. 6E, middle panels), but not in ALMS1-silencing adipocytes (FIG. 6F, middle panels). However, NIG induced vesicular swelling and PM fusion in both control and ALMS1 silencing adipocytes (Fig. 6E-F, lower panels). NIG treatment restored glucose uptake in ALMS1 silencing adipocytes. While insulin had little effect on the stimulation of 2-NBDG uptake in ALMS1 silencing adipocytes (Fig. 6G-H, upper and middle panels), NIG not only restored vesicle fusion, but was also shown to restore uptake 2 -NBDG in ALMS1 silencing adipocytes to levels observed in control cells (FIGS. 6G-H, lower panels).

Этот восстановленный транспорт глюкозы в обработанных NIG адипоцитах, подвергнутых сайленсингу по ALMS1, коррелировал с восстановленным GLUT4-слиянием с РМ (фиг. 7А), но не с направленной миграцией TBC1D4 к РМ (фиг. 7В); и привел к восстановлению TG-наполнения адипоцитов, подвергнутых сайленсингу по ALMS1, через 24 ч после обработки NIG.This restored glucose transport in NIG-treated ALMS1-silencing adipocytes correlated with repaired GLUT4 fusion to PM (FIG. 7A), but not TBC1D4 targeting migration to PM (FIG. 7B); and resulted in the restoration of TG-filling of adipocytes subjected to ALMS1 silencing 24 h after NIG treatment.

Пример 7. Идентификация пептидных ингибиторов связывания PKC с Alms1.Example 7 Identification of peptide inhibitors of PKC binding to Alms1.

После того как участок связывающего взаимодействия между двумя белками стал известен, стало возможно применить информацию о конформации и аминокислотах каждого белка, вовлеченных в опосредование данного взаимодействия, в компьютерных моделях для разработки пептидов или низкомолекулрных лекарственных веществ, которые при связывании с участком взаимодействия способны стериOnce the site of the binding interaction between two proteins became known, it became possible to apply information about the conformation and amino acids of each protein involved in mediating this interaction in computer models to develop peptides or small molecular weight drugs that, when bound to the site of interaction, are capable of sterilizing

- 20 040194 чески или иным способом воспрепятствовать связывающему взаимодействию. Таким образом, авторы стремились идентифицировать пептиды, которые ингибируют взаимодействие ALMS1 и aPKC или TBC1D4 с использованием их ранее описанных в примере 4 структурных моделей ALMS1, TBC1D4 и aPKC. Спрогнозированные с помощью этого способа пептиды для блокировки взаимодействия между aPKC и ALMS1, включают следующие последовательности: LDSDSHYGPQHLESIDD (SEQ ID NO: 5), DSHQTEETL (SEQ ID NO: 6), QQTLPESHLP (SEQ ID NO: 7), QALLDSHLPE (SEQ ID NO: 8). PADQMTDTP (SEQ ID NO: 9), HIPEEAQKVSAV (SEQ ID NO: 10) или SCIFLEQ (SEQ ID NO: 11). Пептид идентифицированный с помощью этого способа для блокировки взаимодействия между TBC1D4 и ALMS1 имел последовательность GCGAPAAREVILVL (SEQ ID NO: 12).- 20 040194 physically or otherwise prevent the bonding interaction. Thus, the authors sought to identify peptides that inhibit the interaction of ALMS1 and aPKC or TBC1D4 using their previously described in example 4 structural models of ALMS1, TBC1D4 and aPKC. Peptides predicted by this method to block the interaction between aPKC and ALMS1 include the following sequences: LDSDSHYGPQHLESIDD (SEQ ID NO: 5), DSHQTEETL (SEQ ID NO: 6), QQTLPESHLP (SEQ ID NO: 7), QALLDSHLPE (SEQ ID NO: 7), QALLDSHLPE (SEQ ID NO: : 8). PADQMTDTP (SEQ ID NO: 9), HIPEEAQKVSAV (SEQ ID NO: 10) or SCIFLEQ (SEQ ID NO: 11). The peptide identified by this method to block the interaction between TBC1D4 and ALMS1 had the sequence GCGAPAAREVILVL (SEQ ID NO: 12).

Пример 8. Экспрессия специфического ALMS1-взаимодействующего домена aPKC в зрелых адипоцитах вызывает поглощение глюкозы в отсутствие инсулина.Example 8 Expression of aPKC specific ALMS1-interacting domain in mature adipocytes induces glucose uptake in the absence of insulin.

Далее авторы проверили гипотезу о том, что инсулин опосредует высвобождение aPKC из комплекса ALMSомы для индукции поглощения глюкозы. Для этого они клонировали взаимодействующий домен aPKC (SEQ ID NO: 14 и 15) в лентивирусный вектор вместе с Flag-меткой. Выбранная последовательность была минимальной последовательностью aPKC (min-aPKC-FLAG), не имеющей стерических затруднений с участком взаимодействия TBC1D4 с ALMS1. Экспрессированный в адипоцитах minaPKC-FLAG конкурирует с эндогенным aPKC, предотвращая его связывание с ALMSомой и, тем самым, благоприятствуя инсулин-опосредованному связыванию TBC1D4 с ALMSомой. Далее зрелые адипоциты инфицировали либо контрольными, либо min-aPKC-лентивирусными частицами для оценки влияния min-aPKC-FLAG на поглощение глюкозы. Через 48 ч после заражения min-aPKC-FLAG иммунодетектировали с использованием антитела против FLAG-метки (фиг. 9). Для in vitro доказательства мы обрабатывали зрелые адипоциты, как описано (фиг. 9), и затем инкубировали обработанные зрелые адипоциты с 2-NBDG для оценки влияния min-aPKC-FLAG на поглощение глюкозы. Интересно, что 2NBDG поглощалась а в обработанных min-aPKC-FLAG адипоцитах в отсутствие INS (фиг. 8А, левая колонка), что соответствовало 3,5-кратному увеличению по сравнению с контролем (фиг. 8В). С другой стороны, никакой существенной разницы не наблюдалось в присутствии INS (фиг. 8А, правый столбец и 8В). Эти данные свидетельствуют о том, что направленное воздействие на взаимодействие ALMS1 и aPKC достаточно для того, чтобы вызвать всасывание глюкозы в адипоцитах, независимо от наличия INS.Next, the authors tested the hypothesis that insulin mediates the release of aPKC from the ALMSoma complex to induce glucose uptake. To do this, they cloned the aPKC interacting domain (SEQ ID NOs: 14 and 15) into a lentiviral vector along with a Flag tag. The selected sequence was the minimal aPKC sequence (min-aPKC-FLAG) without steric hindrance to the TBC1D4-ALMS1 interaction site. Adipocyte-expressed minaPKC-FLAG competes with endogenous aPKC, preventing its binding to the ALMSoma and thereby favoring insulin-mediated binding of TBC1D4 to the ALMSoma. Next, mature adipocytes were infected with either control or min-aPKC-lentiviral particles to evaluate the effect of min-aPKC-FLAG on glucose uptake. 48 hours after infection, min-aPKC-FLAG was immunodetected using an anti-FLAG tag antibody (FIG. 9). For in vitro evidence, we treated mature adipocytes as described (FIG. 9) and then incubated treated mature adipocytes with 2-NBDG to evaluate the effect of min-aPKC-FLAG on glucose uptake. Interestingly, 2NBDG was taken up in min-aPKC-FLAG-treated adipocytes in the absence of INS (FIG. 8A, left column), corresponding to a 3.5-fold increase over control (FIG. 8B). On the other hand, no significant difference was observed in the presence of INS (Fig. 8A, right column and 8B). These data suggest that targeting the interaction of ALMS1 and aPKC is sufficient to induce glucose uptake in adipocytes, regardless of the presence of INS.

Получение лентивирусного вектора, несущего домен aPKC.Obtaining a lentiviral vector carrying the aPKC domain.

ALMS1-взаимодействующий домен человеческого PKCa амплифицировали из кДНК человеческих клеток HEK293 с N-концевой FLAG-меткой с помощью прямого 5'-3'gtacGAATTCGCCACCATGGATTACAAGGATGACGACGATAAGCTCACGGACTTCAATTTCCTC (SEQ ID NO: 16) и обратного 5'-tagcGGATCCTCATACTGCACTCTGTAAGATGGG-3' (SEQ ID NO: 17) праймеров и клонировали в лентивирусный вектор PCDH-EF1-MCS-IRES-Puro (System Biosciences). Для получения вируса PKCa-лентивирусные векторы трансфицировали в клетки 293TN (System Biosciences) вместе с упаковывающими плазмидами psPAX2 и pMD2. G (Addgene) с массовым соотношением 3:2:1, соответственно, и с использованием Lipofectamine 2000 (Life Technologies). Через 48 ч после трансфекции надосадочную жидкость культуры собирали центрифугированием при 500xg в течение 10 мин с последующей фильтрацией через 0,45 мкм шприцевой фильтр с PES-мембраной (Sartorius). Раствор вируса затем концентрировали путем добавления 1/2 объема холодного 30% (мас./об.) PEG6000, растворенного в 0,5М NaCl, и инкубировали в течение ночи при 4°C с периодическим перемешиванием. Смесь затем центрифугировали при 3000xg в течение 15 мин при температуре 4°C. Затем осадок, содержащий лентивирусные частицы, ресуспендировали в 1 мл DMEM среде и хранили при -80°C до инфицирования клеток-мишеней.The ALMS1 interacting domain of human PKCa was amplified from N-terminal FLAG-tagged human HEK293 cDNA using forward 5'-3'gtacGAATTCGCCACCATGGATTACAAGGATGACGACGATAAGCTCACGGACTTCAATTTCCTC (SEQ ID NO: 16) and reverse 5'-tagcGGATCCT NOCATACTGCACTCTGTAAGATGGG-3' (SEQ ID NO: 16) and reverse 5'-tagcGGATCCT NOCATACTGCACTCTGTAAGATGGG-3' (SEQ ID NO: 17 ) primers and cloned into the PCDH-EF1-MCS-IRES-Puro lentiviral vector (System Biosciences). To obtain the virus, PKCa-lentiviral vectors were transfected into 293TN cells (System Biosciences) together with the packaging plasmids psPAX2 and pMD2. G (Addgene) with a mass ratio of 3:2:1, respectively, and using Lipofectamine 2000 (Life Technologies). 48 hours after transfection, the culture supernatant was collected by centrifugation at 500xg for 10 min followed by filtration through a 0.45 μm syringe filter with PES membrane (Sartorius). The virus solution was then concentrated by adding 1/2 volume of cold 30% (w/v) PEG6000 dissolved in 0.5M NaCl and incubated overnight at 4°C with occasional stirring. The mixture was then centrifuged at 3000xg for 15 min at 4°C. The pellet containing the lentiviral particles was then resuspended in 1 ml DMEM medium and stored at -80°C until the target cells were infected.

Claims (14)

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯCLAIM 1. Применение молекулы, предотвращающей связывание aPKC (протеинкиназа С a-типа) с ALMS1 (белок синдрома Альстрёма 1), при лечении или отсрочке развития или возникновения сахарного диабета, резистентности к инсулину, диабетической ретинопатии, диабетической невропатии, диабетической нефропатии, резистентности к инсулину, гипергликемии, ожирения и гиперинсулинемии, где молекула выбрана из группы, состоящей из пептидов или полипептидов или пептидомиметиков, антител, их фрагментов или производных, аптамеров, шпигельмеров и химических соединений.1. Use of a molecule preventing the binding of aPKC (α-type protein kinase C) to ALMS1 (Ahlström syndrome protein 1) in the treatment or delay of the onset or onset of diabetes mellitus, insulin resistance, diabetic retinopathy, diabetic neuropathy, diabetic nephropathy, insulin resistance , hyperglycemia, obesity and hyperinsulinemia, where the molecule is selected from the group consisting of peptides or polypeptides or peptidomimetics, antibodies, fragments or derivatives thereof, aptamers, spiegelmers and chemical compounds. 2. Применение по п.1, отличающееся тем, что молекула предназначена для применения при лечении или отсрочке развития или возникновения сахарного диабета 2 типа.2. Use according to claim 1, characterized in that the molecule is intended for use in the treatment or delay in the development or onset of type 2 diabetes mellitus. 3. Применение по п.1 или 2, отличающееся тем, что молекула не препятствует связыванию TBC1D4 с ALMS1.3. Use according to claim 1 or 2, characterized in that the molecule does not interfere with the binding of TBC1D4 to ALMS1. 4. Применение по любому из пп.1-3, отличающееся тем, что молекула представляет собой пептид длиной менее чем 50 аминокислот, предпочтительно менее чем 20 аминокислот.4. Use according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the molecule is a peptide of less than 50 amino acids, preferably less than 20 amino acids. 5. Применение по п.4, отличающееся тем, что молекула представляет собой пептид, содержащий 5. Use according to claim 4, characterized in that the molecule is a peptide containing - 21 040194 аминокислотную последовательность фрагмента ALMS1 (SEQ ID NO: 1).- 21 040194 amino acid sequence of the ALMS1 fragment (SEQ ID NO: 1). 6. Применение по п.5, отличающееся тем, что молекула представляет собой пептид, содержащий аминокислотную последовательность фрагмента ALMS1, включающий один или несколько из остатков, которые, согласно прогнозам, опосредуют взаимодействие с aPKC, в частности один или несколько из остатков, выбранных из перечня, состоящего из Е17, D58, S59, G62, Н65, L66, Q736, Т737, Е738, D828, S829, Т1088, D1089, А1169, Q1170, F2882, L2883 и Е2884.6. The use according to claim 5, characterized in that the molecule is a peptide containing the amino acid sequence of the ALMS1 fragment, including one or more of the residues that are predicted to mediate interaction with aPKC, in particular one or more of the residues selected from a list consisting of E17, D58, S59, G62, H65, L66, Q736, T737, E738, D828, S829, T1088, D1089, A1169, Q1170, F2882, L2883 and E2884. 7. Применение по п.5 или 6, отличающееся тем, что молекула представляет собой пептид, содержащий или состоящий из одной из следующих последовательностей:7. Use according to claim 5 or 6, characterized in that the molecule is a peptide containing or consisting of one of the following sequences: LDSDSHYGPQHLESIDD (SEQ ID NO: 5);LDSDSHYGPQHLESIDD (SEQ ID NO: 5); DSHQTEETL (SEQ ID NO: 6);DSHQTEETL (SEQ ID NO: 6); QQTLPESHLP (SEQ ID NO: 7);QQTLPESHLP (SEQ ID NO: 7); QALLDSHLPE (SEQ ID NO: 8);QALLDSHLPE (SEQ ID NO: 8); PADQMTDTP (SEQ ID NO: 9);PADQMTDTP (SEQ ID NO: 9); HIPEEAQKVSAV (SEQ ID NO: 10);HIPEEAQKVSAV (SEQ ID NO: 10); SCIFLEQ (SEQ ID NO: 11) и их фрагмента, содержащего 6 смежных аминокислот.SCIFLEQ (SEQ ID NO: 11) and a fragment containing 6 contiguous amino acids. 8. Применение по п.4, отличающееся тем, что молекула представляет собой пептид, содержащий аминокислотную последовательность фрагмента aPKC (SEQ ID NO: 4).8. Use according to claim 4, characterized in that the molecule is a peptide containing the amino acid sequence of the aPKC fragment (SEQ ID NO: 4). 9. Применение по п.8, отличающееся тем, что молекула представляет собой пептид, содержащий аминокислотную последовательность фрагмента aPKC, включающую один или несколько из числа остатков, которые, согласно прогнозам, опосредуют взаимодействие с ALMS1, в частности один или несколько из числа остатков, выбранных из списка, состоящего из F114, D116, С118, L121, N138, Q142, I145, Р148, G433, Е545, S562, S566, F597, D601, W602, K604, Е606, G620, Т631, V664 и I667.9. The use according to claim 8, characterized in that the molecule is a peptide containing the amino acid sequence of the aPKC fragment, including one or more of the residues predicted to mediate interaction with ALMS1, in particular one or more of the residues, selected from a list consisting of F114, D116, C118, L121, N138, Q142, I145, P148, G433, E545, S562, S566, F597, D601, W602, K604, E606, G620, T631, V664 and I667. 10. Способ in vitro или ex vivo идентификации молекул, подходящих для лечения или замедления прогрессирования или отсрочки возникновения сахарного диабета, резистентности к инсулину, диабетической ретинопатии, диабетической невропатии, диабетической нефропатии, резистентности к инсулину, гипергликемии, ожирения и гиперинсулинемии, где способ включает стадии:10. An in vitro or ex vivo method for identifying molecules suitable for treating or slowing the progression or delaying the onset of diabetes mellitus, insulin resistance, diabetic retinopathy, diabetic neuropathy, diabetic nephropathy, insulin resistance, hyperglycemia, obesity, and hyperinsulinemia, wherein the method comprises the steps of : (а) анализ способности молекулы-кандидата предотвращать связывание aPKC с ALMS1; а также (б) отбор молекул, способных предотвращать связывание aPKC с ALMS1, для использования для лечения или замедления прогрессирования или отсрочки возникновения сахарного диабета, резистентности к инсулину, диабетической ретинопатии, диабетической невропатии, диабетической нефропатии, резистентности к инсулину, гипергликемии, ожирения и гиперинсулинемии.(a) analysis of the ability of the candidate molecule to prevent the binding of aPKC to ALMS1; and (b) selecting molecules capable of preventing the binding of aPKC to ALMS1 for use in treating or slowing the progression or delaying the onset of diabetes mellitus, insulin resistance, diabetic retinopathy, diabetic neuropathy, diabetic nephropathy, insulin resistance, hyperglycemia, obesity, and hyperinsulinemia . 11. Способ по п.10, отличающийся тем, что способ дополнительно включает стадию, в которой тестируется способность выбранной молекулы мешать связыванию TBC1D4 с ALMS1 и в которой отбираются молекулы, которые не мешают связыванию.11. The method of claim 10, wherein the method further comprises testing the ability of the selected molecule to interfere with TBC1D4 binding to ALMS1 and selecting molecules that do not interfere with binding. 12. Способ по п.10 или 11, отличающийся тем, что связывание определяют в клеточной системе в ответ на инсулин.12. The method according to claim 10 or 11, characterized in that the binding is determined in the cellular system in response to insulin. 13. Способ по любому одному из пп.10-12, отличающийся тем, что связывание определяют в присутствии и/или в отсутствие инсулина.13. The method according to any one of claims 10 to 12, characterized in that the binding is determined in the presence and/or absence of insulin. 14. Применение молекулы, усиливающей связывание TBC1D4 с ALMS1, для лечения или отсрочки развития или возникновения сахарного диабета, резистентности к инсулину, диабетической ретинопатии, диабетической невропатии, диабетической нефропатии, резистентности к инсулину, гипергликемии, ожирения и гиперинсулинемии, где молекула выбрана из группы, состоящей из пептидов или полипептидов или пептидомиметиков, антител, их фрагментов или производных, аптамеров, шпигельмеров и химических соединений.14. The use of a molecule that enhances the binding of TBC1D4 to ALMS1 for the treatment or delay of the development or occurrence of diabetes mellitus, insulin resistance, diabetic retinopathy, diabetic neuropathy, diabetic nephropathy, insulin resistance, hyperglycemia, obesity and hyperinsulinemia, where the molecule is selected from the group, consisting of peptides or polypeptides or peptidomimetics, antibodies, their fragments or derivatives, aptamers, spiegelmers and chemical compounds.
EA201691498 2014-01-29 2015-01-29 A NEW TARGET FOR THE TREATMENT AND PREVENTION OF DIABETES EA040194B1 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP14153017.0 2014-01-29

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EA040194B1 true EA040194B1 (en) 2022-04-28

Family

ID=

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11826403B2 (en) Target for diabetes treatment and prevention
BRPI0807205A2 (en) SCLEROSTINE LIGANT MODULATORS FOR TREATMENT OF BONE-RELATED DISORDERS
US7815905B2 (en) Methods of increasing insulin sensitivity or decreasing insulin secretion by administering corticotropin releasing factor receptor-2 inhibitors
KR20170138414A (en) Antibody recognizing T14 peptide of ACHE
KR20200024263A (en) Peptides for the Treatment and Prevention of Hyperglycemia
JP2005527235A (en) Defensin: Use of antiviral agents
JPWO2008072781A1 (en) Method for suppressing or treating memory impairment in mammals
CN109715208B (en) White lipopeptide, a fasting-induced glucogenic hormone
WO2020168850A1 (en) Use of ube3a ubiquitination pp2a activating factor ptpa in treating angelman syndrome and autism
CN111905096A (en) Identification of novel polypeptide hormones for maintaining optimal body weight and blood glucose
TWI359271B (en) Pharmaceutical composition for insulin resistance
Tian et al. KLF15 negatively regulates cardiac fibrosis by which SDF-1β attenuates cardiac fibrosis in type 2 diabetic mice
JP2009508812A (en) Methods and compositions for inhibition of vascular permeability
US20040220099A1 (en) Polypeptides selectively expressed in fat tissue and methods for use thereof
Furlan et al. Calsequestrins New calcium store markers of adult zebrafish cerebellum and optic tectum
US20060094013A1 (en) Salt-inducible kinases 2 and use thereof
EA040194B1 (en) A NEW TARGET FOR THE TREATMENT AND PREVENTION OF DIABETES
KR102040893B1 (en) Use of ARL6IP1 for treatment of Hereditary Spastic Paraplegia
US8552148B2 (en) TNF-α antagonists containing IGFBP5
US9102719B2 (en) SOGA polynucleotides and polypeptides and uses thereof
US20210207135A1 (en) Inhibition of follistatin
US20090036380A1 (en) Composition And Method For Brain Tumor Therapy
WO2003044196A1 (en) Postsynaptic proteins
JPWO2007069795A1 (en) Tumor suppression method
TW202033549A (en) Anti-abeta antibodies and uses thereof